雙極晶體管絕緣柵(IGBT)由于其輸入阻抗高、開關速度快、通態電壓低、阻擋電壓高、電流大、熱穩定性好,已成為當今電力半導體設備開發的主流。廣泛應用于高速鐵路和軌道交通、汽車電子、風能發電、太陽能、家用電器、節能、UPS,數控機床、焊機、動力傳動等領域。
對于IGBT模塊,模塊的外部是外殼和金屬端子。不僅有芯片,還有鍵合線、絕緣陶瓷基板和焊接層,統稱為機械連接。為了保證產品的耐久性,即商品的使用壽命。IGBT模塊制造商將在最終確定之前進行一系列可靠性測試,以確保產品的長期耐久性。
IGBT模塊的生產過程涉及多個階段。在真空回流焊接過程中,芯片與銅直接鍵合(DBC)由于工藝限制,基板上銅層之間的焊料層和DBC下銅層與模塊底板之間的焊料層會出現空洞。
焊接層的空洞缺陷也會出現在貼片工藝步驟中。由于材料的熱膨脹系數,IGBT模塊在使用過程中空洞不穩定(CTE,熱膨脹系數)的不匹配會產生熱應力,從而進一步擴大工作過程中模塊溫度的變化。甚至導致相鄰的空洞連接成一塊,促進焊接層分層,導致模塊功能故障。
空洞的原因有很多,極大地影響了模塊的熱性能,增加了模塊的熱阻,降低了散熱性能,增加了設備的局部溫度,甚至進一步降低了模塊的可靠性和使用壽命。
將芯片焊接到DBC基板上,然后將DBC基板焊接到銅基板上,然后通過厚鋁線鍵合工藝實現芯片與外端子之間的電連接,然后在外殼上安裝密封劑,然后倒入硅膠,實現模塊內的IGBT密封、防潮、抗震和絕緣。
IGBT模塊由MOSFET和BJT組成,容易發生靜電穿透和過電應力損壞。該裝置的安裝表面暴露在空氣中,容易氧化,影響后續的安裝和使用。IGBT模塊的封閉性使其難以進行過程檢測。內部缺陷只能通過無損檢測進行,必須采用特殊的檢測方法進行篩選和保護。
無損檢測焊料層的空洞一般采用X-RAY(X射線)無損檢測,X-ray檢測設備是一種通過x射線通過檢測對象進行內部顯像,然后通過檢測圖像直觀地看到內部缺陷的檢測方法。x射線無損檢測廣泛應用于半導體檢測。可有效檢測IGBT模塊內的空洞率、位置和尺寸,有效幫助客戶分析半導體的可靠性。