真空回流焊炉/真空焊接炉——IGBT功率器件焊接

在开始今天的话题之前，我们需要先知道：什么是IGBT？
 

IGBT，全称绝缘栅双极晶体管（Insulate-Gate Bipolar Transistor—IGBT），是一种功率开关元件，综合了电力晶体管（Giant Transistor）和电力场效应晶体管（Power MOSFET）的优点，具有低导通压降和高输入阻抗、高耐压等良好特性，有“电力电子CPU”之美誉。

图1. IGBT示意图

IGBT在很多领域方面都有应用。在工业上，有交流伺服马达、变频器、风力及太阳能等绿色发电应用；在高压部分则有高速铁路等轨道运输及电网的应用；除此之外，在家用电器、医学设备等多个领域均有应用。

 

近些年，随着新能源的流行，新能源汽车对于高电压需求越来越大，一辆电动汽车所需的IGBT数量高达上百颗，是传统燃油车的十倍左右。因此，IGBT成为了产品发展焦点。

图3.新能源汽车示意图

IGBT的生产制造流程可分为：丝网印刷➡自动贴片➡真空回流焊接➡超声波清洗➡缺陷检测（X光）➡自动引线键合➡激光打标➡壳体塑封➡壳体灌胶与固化➡端子成形➡功能测试。

 

由于需要高可靠性，IGBT对于空洞率的要求非常高。焊接空洞会造成多种影响：1.影响焊料的热传导性能，增大IGBT模块的热阻，从而影响器件的工作温度和寿命；2.降低焊点的机械强度，容易导致应力集中，加速焊点的老化和破坏；3.影响焊料的电导率，导致IGBT模块的电气性能下降，影响整个系统的稳定性。对于小家电、普通电器设备的IGBT，其空洞率一般要求＜5%；而对于轨道交通等领域，空洞率的要求则更为苛刻，有些甚至需要＜0.1%。
 

面对如此严苛的空洞率要求，焊料的选择以及焊接设备的选择就显得尤为重要。焊料的选择可分为焊片和锡膏。焊片是当前IGBT选择最为广泛的焊料，其优点是有机成分使用量少，可有效控制空洞率，但每种产品都需要定制相应尺寸的焊片，操作不便；锡膏因为其操作方便、成本低、适用范围广的特性成为近几年IGBT兴起的工艺，但是锡膏需要控制好挥发性和润湿性，并选用合适的真空回流焊并匹配好工艺，否则很容易造成空洞。
 

为了适应IGBT领域对于空洞率控制的高要求，成都共益缘真空设备有限公司集院所专家、相关专业设计人员、有着二十余载真空回流焊及相关产品经验的技术骨干，一同开发出了适用于正负压焊接工艺的创新型真空焊接设备，焊接可靠性高，对于低温焊片、锡膏，空洞率可以做到≤1%。
 

正负压焊接工艺专利由成都共益缘真空设备有限公司持有，可与新型真空回流焊/真空共晶炉完美匹配，设备的整个工艺曲线最多可设定128个工艺段，方便客户试验出最适合产品的工艺曲线，达到最理想的焊接效果。

图4.真空焊接设备分类图5.“一种真空回流焊正负压结合焊接工艺”发明专利图6.“一种可适应正负压焊接工艺的真空舱”实用新型专利

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图7.风能IGBT带工装展示图8.焊接后外观饱满、圆润

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