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本帖最后由 eehome 于 2013-1-5 09:55 编辑
大家下午好！我是来自中国北车的张强。 随着高速铁路和动车的发展，我们提供车辆数量的增加，大功率IGBT模块作为动车中的主要功率执行器件，需求量不断增加。基于这个目的出发，我们中国北车进行国产的高压大功率IGBT模块封装已满足国内的需求，在高铁和动车上主要用的IGBT是650伏600安培的，目前我们公司可以封装650伏600安培的IGBT模块的公司。同时在我们这个项目进行的过程中，我们得到了国家专项资金和其他上下游公司的技术支持，在满足公司自身对于高压大功率IGBT模块的同时，我们发展了向低压、中小功率以及IGM方面的发展。 比如像第一种是焊接式IGBT模块，这种模块就是我们现在高铁和动车中用量最大的650伏600安的IGBT模块，旁边白色是工业控制比较多的，是中小功率的模块封装形式。第二组是我们专项中的合作公司中山大洋合作电机公司合作开发的IPM模块，集成了驱动电路、保护电路和IGBT功率芯片等功能。这个压接式IPM模块，集成了散热、保护等功能的压接式模块，在系统集成过程中可以很方便实现。这是我们公司产品目录，可以根据用户的需求进行不同的电路结构和电压等级、电流等级的封装。本讯由中国电子展 (www.aidzz.com)、电子发烧友(电子发烧友)和电子发烧友(www.电子发烧友.com)以及深圳会展中心( www.0755hz.cn )联合报道！ 这是我们公司现有产品的一个外形尺寸，有些外形相同，它的功率等级是不相同的。这一款是高铁动车系统中用的650伏的，同时也可以作为地铁、风电上的 330伏的IGBT，也可以封装成这种形式。有一种封装形式也是这一种，这两种主要差别是在于外观顶部的塔尖距离，都是高压设计。下面跟大家分享一下我们在应用大功率IGBT过程当中，结合我们封装技术，发现应用中的一些问题。我们可以从这个图上可以看到，这幅图是650伏600安的IGBT。 下面介绍一下IGBT封装的工艺技术。IGBT主要包括以下几个步骤，第一个步骤就是焊接，就是前面图中所看到的DBC基板与底板，焊接关键点是什么，第一是要实现电器和热连接。我们应用IGBT过程中，导热性是决定IGBT模块最关键的因素。第二是键合，主要是通过键合线实现芯片与键合线之间的连接。第三是外壳安装。第四是罐封，进行材料填充，事先与外界隔离。第五是试验，质量控制。 第一点说到焊接技术，如果要实现一个好的导热性能，我们在进行芯片焊接和进行DBC基板焊接的时候，焊接质量就直接影响到运行过程中的传热性。从下面这个图我们可以看到，通过真空焊接技术实现的焊接。可以看到DBC和基板的空洞率。这样的就不会形成热积累，不会造成IGBT模块的损坏。 第二种就是键合技术，我们公司用的键合技术是超声键合。实现数据变形。键合的作用主要是实现电气连接。在600安和1200安大电流情况下，IGBT实现了所有电流，键合的长度就非常重要，陷进决定模块大小，电流实现参数的大小。运用过程中，如果键合陷进、长度不合适，就会造成电流分布不均匀，容易造成 IGBT模块的损坏。外壳的安装，因为IGBT本身芯片是不直接与空气等环境接触，实现绝缘性能，主要是通过外壳来实现的。外壳就要求在选材方面需要它具有耐高温、不易变形、防潮、防腐蚀等特性。 笔者知道关注文本的同学基本上都是电子行业的，应该也会关注电子行业的那些基础知识、资讯、方法、技巧等资讯，这里小编给大家再推荐几篇不错的文章1、2台电脑怎么共享(http://www.电子发烧友.com/knowledge/knowledgeinfo/id/991);2、燃气热水器安装(http://www.电子发烧友.com/knowledge/knowledgeinfo/id/1249); 3、因数是什么(http://www.电子发烧友.com/knowledge/knowledgeinfo/id/1024);4、SOAP是什么意思(http://www.电子发烧友.com/knowledge/knowledgeinfo/id/1203); 这次就暂时先推荐这几篇，谢谢！若其他内容感兴趣，可以移步至电子发烧友或电子发烧友... 第四是罐封技术，如果IGBT应用在高铁、动车、机车上，机车车辆运行过程中，环境是非常恶劣的，我们可能会遇到下雨天，遇到潮湿、高原，或者灰尘比较大，如何实现IGBT芯片与外界环境的隔离，实现很好运行的可靠性，它的罐封材料起到很重要的作用。就要求选用性能稳定无腐蚀，具有绝缘、散热等能力，膨胀率小、收缩率小的材料。我们大规模封装的时候，填充材料的部分加入了缓冲层，芯片运行过程中不断加热、冷却。在这个过程中如果填充材料的热膨胀系数与外壳不一致，那么就有可能造成分层的现象，我们在中间加入一种类似于起缓冲作用的填充物，可以防止分层现象出现。 第五是质量控制环节，质量控制我们所有完成生产后的大功率IGBT，需要对各方面性能进行试验，这也是质量保证的根本，我们可以通过平面设施，对底板进行平整度进行测试，平整度在IGBT安装以后，所有热量散发都是底板传输到散热器。平面度越好，散热器接触性能越好，导热性能越好。第二是推拉测试，对键合点的力度进行测试。第三硬度测试仪，对主电极的硬度，不能太硬、也不能太软。超声波扫描，主要对焊接过程，焊接以后的产品质量的空洞率做一个扫描。这点对于导热性也是很好的控制。我们在电气方面的监测手段，主要是监测IGBT模块它的参数、特性是否能满足我们设计的要求，第二绝缘测试。 我们完成填充物的时候，有可能出现异常，比如有灰尘，或者气泡，在绝缘固化以后，我们怎么监测这些呢？通过放电监测，就可以监测完成封装以后的IGBT模块内部是否有气泡，或者杂质、灰尘，已经这些都是会引起IGBT在运行过程中出现绝缘问题的因素。第三是高温阻断试验，高温阻断试验一般把时间缩短，用十到二十分钟时间进行前期失效筛选，这样很大程度降低用户使用过程中出现早期失效的产品。第四是高低温循环试验和湿热试验，通过这些试验可以确保某一型号产品在比较恶劣的机车运行环境中的高可靠性。 总结一下我们IGBT产品的特点，就是它采用了胶体隔离技术，防止运行过程中发生爆炸；第二是电极结构采用了弹簧结构，可以缓解安装过程中对基板上形成开裂，造成基板的裂纹；第三是对底板进行加工设计，使底板与散热器紧密接触，提高了模块的热循环能力。对底板设计是选用中间点设计，在我们规定的安装条件下，它的幅度会消失，实现更好的与散热器连接。后面安装过程我们看到，它在安装过程中发挥的作用。产品性能，我们应用IGBT过程中，开通过程对IGBT是比较缓和的，关断过程中是比较苛刻。大部分损坏是关断造成超过额定值。我们看到红色区线条件下，关断的时候就有可能造成电压会超出额定值6500V，我们必须确保工作过程中处于6500V以内，电压形成是通过这个公式计算出来的。主要因素是由于模块内部的集成电路以及线路母排电感，要小于额定值。这对于IGBT是非常关键的。 这个图片上是我们应用过程中看到超出额定值以后，对于IGBT芯片表面造成的损伤。除了 RBSOA特点以外，在工作过程中，VCE超出额定值以后，我们可以看到在芯片的这个角上会形成很严重的损坏，同时栅极和发射体之间产生过压，因为它是比较脆弱的地方，如果过压可以看到产生这样的现象。目前我们公司大功率IGBT已经在高铁、动车上有了很大范围的应用，这是我们行车的功率单元，设计是非常紧凑的，这是水冷系统，保护管在上面。若图片无法打开,原文地址：http://电子发烧友/public/seminar/content/type/article/rid/247/sid/60 下面我讲一下IGBT在应用过程中注意的特点。第一个在安装过程中，我们需要对栅极操作时，采取防静电措施。第二是导热硅脂涂抹。我们轨道交通运用过程中，导热硅脂涂抹是有很重要的作用。轨道交通失效的IGBT，相当一部分是由于导热硅脂的涂抹和选型不适合功率系统，这是我们推荐的涂抹封装，这是涂抹完了以后的效果，我们再把这样的底板安装到散热器上以后，我们实际的效果是什么样呢？安装以后我们再把它拆下来，这是一个理想的IGBT底板，能够达到涂抹效果... 
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