等离子清洗机在IGBT模块封装中的应用

文章出处：等离子清洗机厂家 | 深圳纳恩科技有限公司| 发表时间：2023-10-26

功率电子器件泛指二极管、三极管等特殊电子器件，它们由于自己的特性分别作用于不同领域。绝缘栅双极型晶体管（InsulatedGateBipolarTransistor，IGBT）是当前电力电子设备的主流产品，是实现高性能功率转换和控制的核心器件。它是一种复合全控型电压驱动式功率半导体器件，结合了绝缘栅型场效应管（MOSFET）和双极型三极管（BJT）的优点，具有驱动功率小，饱和压降低，载流密度大，开关速度快等特点。随着人们对减少碳排放、保护环境的意识不断增强，具有高效电能转换作用的IGBT模块作为控制器系统的关键部位已经广泛应用在轨道交通、电动汽车、航空电源、光伏逆变器等对安全性要求较高的电力电子系统中。

IGBT模块可靠性往往会影响整个电力电子系统的效率、能耗和成本。IGBT模块在应用过程中长期承受温度变化，模块内部疲劳老化逐渐加重，导致发生失效故障，缩短器件服役年限，不仅对电力系统带来经济损失，而且可能导致安全事故，危害工作人员的生命安全。特别是在近年来，随着第三代半导体器件的发展，出现了以碳化硅为代表的高性能器件，IGBT模块不断朝着高功率密度、高开关频率、小封装体积方向发展。随之而来的是模块内部发热量也在不断增加，将进一步加速老化失效速率，因此提高IGBT模块的可靠性成为半导体器件封装技术的主要突破目标。

等离子清洗机在IGBT模块封装中的应用

等离子清洗机的工作原理是在射频电压激励下，低压气体产生活性等离子体，等离子体通过物理碰撞或化学反应等方式分解多余物，有效地去除材料表面污染物。等离子体是由正离子、负离子和自由电子等带电粒子以及不带电的中性粒子如激发态分子以及自由基组成的部分电离的气体组成，由于其正负电荷总是相等的，所以称为等离子体，它是物质常见的固态、液态、气态之外的第四态。在电子器件清洗中，主要是低压气体辉光等离子清洗。已有多篇文献证实，等离子清洗可以显著提高功率电子器件界面连接质量和可靠性。

常见芯片为硅基镀金芯片，金镀层表面常常会有油脂、油污等有机物及氧化层，在进行芯片的贴装前，需要用一定的方法将有机物及氧化层去除，以提高芯片表面活性（附着力）从而提高与焊膏连接界面的强度。
在等离子清洗中，一般可将活化气体分为两类：一类为由惰性气体产生的等离子体（如Ar，N等）；另一类为由反应性气体产生的等离子体（如O，H，氟气体等）。在芯片粘接中，氧气和氩气是两种常用的等离子活化气体，运用氧气和氩气等离子在清洗芯片的过程中，芯片镀层表面会分别受到化学处理和物理轰击的作用，分别经历以下几个步骤：
第一步为污染物在真空和瞬时高温状态下部分蒸发；
第二步为在高能量氧离子或氩离子的冲击下，芯片表面污染物快速气化。
第三步为真空泵工作将污染物抽出。
第四步为充入氮气，使腔体恢复常压状态。

除此之外等离子清洗机还可以对IGBT模块的DBC基板和功率端子等进行清洗，以去除基板表面的有机物，氧化物，微颗粒污染物等杂质，提高封装可靠性。等离子清洗具有常规清洗方法无法到达的效果，通过离子轰击的方法可以将组件表面的油污等杂质彻底清洗掉。