IGBT功率模块的关键材料与关键清洗剂介绍

IGBT(绝缘栅双极型晶体管），是由 BJT(双极结型晶体三极管) 和 MOS(绝缘栅型场效应管) 组成的复合全控型-电压驱动式-功率半导体器件,其具有自关断的特征。简单讲，是一个非通即断的开关，IGBT没有放大电压的功能，导通时可以看做导线，断开时当做开路。IGBT融合了BJT和MOSFET的两种器件的优点，如驱动功率小和饱和压降低等。

IGBT兼具了MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）的优点，如高输入阻抗、低驱动功耗、快速开关能力等，以及BJT（双极型晶体管）的优点，如高电流承载能力、低导通压降等。因此，IGBT在功率电子领域具有广泛的应用前景。IGBT模块主要由以下几个部分组成：IGBT芯片、键合导线、封装结构（基板、散热、硅凝胶等）、驱动与保护电路

（一）  IGBT芯片

IGBT芯片是整个模块的核心部分，其内部结构包括P型衬底、N型缓冲层、N型漂移层、P型注入层以及绝缘栅氧化层等。其中，漂移层是为了提高模块的耐压能力而设置的。

图片拍摄与比亚迪半导体展台

(二）导线键合

为了确保电流能从IGBT芯片传输到外部电路，需要在芯片与焊盘之间进行导线键合。这一过程中使用的导线材料通常为铝或金。

（三）  封装结构

IGBT模块的封装结构主要包括基板、陶瓷层、散热片等。基板用于支撑IGBT芯片，陶瓷层用于绝缘，散热片则负责散热。此外，封装结构还包括一些外部引线、焊盘等用于连接外部电路的部件。

IGBT模块示意图，来源拜高高分子

硅凝胶作为一种特殊的电子灌封材料，除具备有机硅类灌封胶独特的耐候和耐老化性能、优异的耐高 低温性能、良好的疏水性和电绝缘性能之外，还具有内应力小、抗冲击性好、粘附力强的优点，是IGBT模块灌封的首选材料。

IGBT硅凝胶是一种低应力，十分柔软的有机硅凝胶。灌封到IGBT模组上后，它的低应力，凝胶柔软性，不仅能够达到比较理想的抗冲击、减震效果，同时，凝胶表面的粘性，粘接在IGBT模组上，也能很好的达到防水防潮的保护效果。不仅如此，IGBT硅凝胶优异的电气绝缘性能，如高介电强度和体积电阻率，也能能够保护IGBT模块。

图片来源，上海拜高高分子材料有限公司

IGBT封装采用的陶瓷覆铜载板主要有DBC（直接键合覆铜）和AMB（活性钎焊覆铜）两种类型。与DBC采用直接热压敷合陶瓷/铜的方式不同，AMB的陶瓷和铜之间有钎料填充和参加界面反应，所以能够获得极低的界面空洞率和非常牢靠的界面结合。另外，由于陶瓷和铜复合机理的不同，DBC一般仅适用于Al2O3等氧化物陶瓷，应用于AlN时陶瓷表面必须进行预氧化，对于Si3N4陶瓷的适用难度较大，而AMB陶瓷覆铜工艺能直接适用于包括Al2O3、AlN、Si3N4在内的各种类型的陶瓷。

图片来源：华清电子

功率模块封装所采用的塑料框架(Plastic Fram)必须达到很高的技术要求，如在工作温度区间内（如轨道交通用IGBT模块长期运行温度为-55~125℃）具有较高的的拉伸强度且机械强度稳定，能承受短期超过250℃的高温以适用中低功率模块的焊接工艺。此外所选用的材料必须具有很好的电气绝缘性能，相对电痕指数(Comparative Tracking Index, CTI)要求较高且能承受高度的电磁污染，无卤和氧化锑等害物质且能满足激光打标等要求等。

IGBT模块的塑封材料基本上采用PBT或PPS，但也有采用PPA、PA、LCP等材料的情况。日本通常使用PPS，而欧美则更喜欢采用PPA。目前市场上常见的壳体材料主要还是集中在PBT和PPS上。在耐温要求不高的情况下，PBT仍然是被广泛采用的材料。然而，对于高耐温要求的器件，例如SiC运行功率较高的情况下，通常需要采用高温材料PPS或9T。

图片来源，赛恩吉

IGBT器件是功率变流装置的核芯，广泛应用于电动/混合动力汽车、轨道交通、变频家电、电力工程、可再生能源和智能电网等领域，是电力电子最重要的大功率主流器件之一。

图片来源：可俐星

IGBT模块的正常工作时温度范围是-40°C~150°C，所以要维持IGBT芯片的正常工作就需要散热器帮助其散热，IGBT功率模块性能的提升很大程度上依赖散热性能的改善。

图片来源：江苏固家智能科技有限公司

铝基碳化硅（AlSiC）被称为金属化的陶瓷材料，是一种颗粒增强铝基复合材料，采用铝合金作为基体，碳化硅作为增强体，充分结合了金属铝和陶瓷的不同优势，从出现伊始，就得到封装热管理行业的青睐，也是目前高功率IGBT模块封装最佳的选择。

铝基碳化硅散热件，来源珠海亿特立新材料有限公司

（四）  驱动与保护电路

IGBT模块需要一个驱动电路来控制其开关，同时还需要一定的保护电路来防止过热、过压等异常情况。这些电路通常集成在模块内部或者以外部附件的形式存在。

（五） IGBT功率器件清洗

为应对能源危机和生态环境恶化等问题，世界各国均在大力发展新能源汽车、高压直流输电等新兴应用，促进了大功率电力电子变流装置的广泛应用。大功率变流装置的可靠性对这些应用而言十分重要。装置的可靠性与其核心器件IGBT密切相关。

目前，大量的IGBT仍在采用传统的正溴丙烷等溶剂清洗清洗，随着对环保的管控和对产品可靠性的要求不断提高，原有的传统溶剂清洗已不能满足IGBT清洗。对此，合明提出新型的IGBT清洗方案。

半水基清洗工艺解决方案，采用 专利配方，可在清洗IGBT凹槽内存在大量的锡膏残留的同时去除金属界面高温氧化膜，更含有保护芯片独特的材料；配方材料亲水性强，清洗后易于用水漂洗干净。

欢迎使用 半水基清洗剂清洗IGBT功率器件。

以上便是IGBT功率器件清洗剂厂,IGBT功率器件的DCB衬底功能介绍，希望可以帮到您！