專利名稱：Igbt模塊封裝設(shè)備、系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體封裝技術(shù)，尤其涉及一種IGBT模塊封裝設(shè)備、系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
隨著中國經(jīng)濟的高速發(fā)展，高鐵、地鐵、城市軌道交通、風(fēng)電、太陽能、清潔能源等領(lǐng)域均在不斷發(fā)展，在這些領(lǐng)域中，絕緣柵雙極晶體管(Insulated Gate BipolarTransistor，以下簡稱IGBT)模塊被廣泛的應(yīng)用于這些領(lǐng)域的逆變裝置中。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高技術(shù)含量、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的變流裝置專業(yè)化分工極強、更加趨于模塊化。如此大規(guī)模的模塊化部件生產(chǎn)，對IGBT模塊在產(chǎn)品一致性及可靠性等方面要求極高。在IGBT模塊封裝生產(chǎn)中，已廣泛采用硅凝膠等材料對IGBT模塊內(nèi)部元件進行整體灌封，強化電子器件的整體性，提高對外來沖擊、震動的抵抗力，提高內(nèi)部元件、線路間絕緣性能，有利于器件向小型化、輕量化發(fā)展，同時避免元件、線路等直接暴露于空氣中，改善器件的防水、防潮性能，提升產(chǎn)品質(zhì)量。硅凝膠灌封的傳統(tǒng)工藝是將液態(tài)硅凝膠復(fù)合物用手工或者機械方式灌入裝有電子元件、線路的器件內(nèi)，在常溫或加熱條件下固化成為性能優(yōu)異的熱固性高分子絕緣材料。液態(tài)硅凝膠復(fù)合物包括A組分和B組分，其中A組分為基料，B組分為催化劑。參見圖1a和圖lb，以某型號的IGBT模塊為例，IGBT模塊具有底板1，設(shè)置在底板I上的絕緣基板3，設(shè)置在絕緣基板3上的芯片4，扣設(shè)在該底板I上的外殼2。絕緣基板3和芯片4都位于外殼2和底板I圍成的腔體內(nèi)。另外，腔體內(nèi)除絕緣基板3和芯片4之外的空腔都用于容置液態(tài)硅凝膠復(fù)合物20。外殼2上開設(shè)兩個灌封口 5，用于灌入液態(tài)硅凝膠復(fù)合物20。現(xiàn)有硅凝膠灌封方法如下:首先，人工方式調(diào)制A組分和B組分的比例，制成液態(tài)硅凝膠復(fù)合物；其次，采用手工方式將液態(tài)硅凝膠復(fù)合物從灌封口灌入到IGBT模塊內(nèi)部。

現(xiàn)有硅凝膠灌封方法，在混合時基料和催化劑，基料和催化劑的比例很難準(zhǔn)確控制，而比例失調(diào)會嚴(yán)重影響封裝完成后IGBT模塊的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種IGBT模塊封裝設(shè)備、系統(tǒng)及方法，用于優(yōu)化現(xiàn)有IGBT模塊的性倉泛。本發(fā)明提供了一種IGBT模塊封裝設(shè)備，其中，包括:第一活塞,具有第一活塞桿和第一缸體，所述第一缸體上開設(shè)有第一進料口和第一出料口，所述第一缸體用于容置基料；第二活塞，具有第二活塞桿和第二缸體，所述第二缸體上開設(shè)有第二進料口和第二出料口，所述第二缸體用于容置催化劑；壓塊，與所述第一活塞桿和第二活塞桿固定，以在所述壓塊的帶動下，使所述第一活塞桿和第二活塞桿同時上升或下降； 混膠管，具有相互貫通的入口和出口，所述入口與所述第一出料口和第二出料口連通，所述出口用于輸出液態(tài)硅凝膠復(fù)合物，其中，液態(tài)硅凝膠復(fù)合物為混合好的基料和催化劑。本發(fā)明還提供了一種IGBT模塊封裝系統(tǒng)，其種:包括真空腔室，所述真空腔室內(nèi)設(shè)置有載物臺以及本發(fā)明任一所述的IGBT模塊封裝設(shè)備，所述載物臺用于承載待封裝的IGBT模塊，所述IGBT模塊封裝設(shè)備用于向所述IGBT模塊的空腔中注入液態(tài)硅凝膠復(fù)合物。本發(fā)明又提供了一種IGBT模塊封裝方法，其中，包括:在真空環(huán)境中，使用本發(fā)明任一所述的IGBT模塊封裝設(shè)備向IGBT模塊的空腔中注入液態(tài)硅凝膠復(fù)合物，其中，液態(tài)硅凝膠復(fù)合物為混合好的基料和催化劑；在IGBT模塊的空腔中填滿所述液態(tài)硅凝膠復(fù)合物后，將IGBT模塊在真空環(huán)境中保持設(shè)定的時間。本發(fā)明提供的IGBT模塊封裝設(shè)備、系統(tǒng)及方法，其中，使用IGBT模塊封裝設(shè)備進行封裝可以精確控制基料和催化劑的體積比，且便于進行大批量、規(guī)范化和精細化生產(chǎn)，大批量產(chǎn)品性能指標(biāo)一致、重復(fù)性好、質(zhì)量可靠。


圖1a為IGBT模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖1b為圖1a的剖視圖；圖2為本發(fā)明實施例一提供的IGBT模塊封裝設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明實施·例三提供的IGBT模塊封裝方法流程圖；圖4為本發(fā)明實施例四提供的IGBT模塊封裝方法流程圖。附圖標(biāo)記:1-底板；2-外殼；3-絕緣基板；4-芯片；5-灌封口 ；6-第一活塞；7-第二活塞； 8-壓塊；9-混膠管；61-第一活塞桿；62-第一缸體；621-第一進料口；622-第一出料口；71-第二活塞桿；72-第二缸體；721-第二進料口 ；722_ 第二出料口 ；91_ 入口 ；92-出口；10-第一料筒；11-第二料筒； 20-液態(tài)硅凝膠復(fù)合物。
具體實施例方式圖2為本發(fā)明實施例一提供的IGBT模塊封裝設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。參見圖2,本發(fā)明實施例一提供一種IGBT模塊封裝設(shè)備,其包括第一活塞6、第二活塞7、壓塊8和混膠管9 ;第一活塞6具有第一活塞桿61和第一缸體62,第一缸體62上開設(shè)有第一進料口 621和第一出料口 622，第一缸體62用于容置基料；第二活塞7具有第二活塞桿71和第二缸體72，第二缸體72上開設(shè)有第二進料口 721和第二出料口 722，第二缸體72用于容置催化劑；壓塊8與第一活塞桿61和第二活塞桿71固定，以在壓塊8的帶動下，使第一活塞桿61和第二活塞桿71同時上升或下降；混膠管9具有相互貫通的入口91和出口 92，入口 91與第一出料口 622和第二出料口 722連通，出口 92用于輸出液態(tài)硅凝膠復(fù)合物，其中，液態(tài)硅凝膠復(fù)合物為混合好的基料和催化劑。混膠管只有一個出口，當(dāng)IGBT模塊具有多個灌封口時，混膠管不動，調(diào)整IGBT模塊的位置，以實現(xiàn)從多個灌封口中灌入液態(tài)硅凝膠復(fù)合物。采用上述IGBT模塊封裝設(shè)備的好處在于，整個設(shè)備較宜置于真空環(huán)境中，以便于進行真空環(huán)境下的封裝；另外，使用上述設(shè)備之后，基料和催化劑在混膠管中混合，然后注入IGBT模塊的空腔內(nèi)，提高了 IGBT模塊封裝的自動化程度；最后，由于第一活塞和第二活塞內(nèi)部缸體的容積是一定的，只要合理設(shè)置第一缸體和第二缸體的體積比，就能確?；虾痛呋瘎┑谋壤郎?zhǔn)確，保證了液態(tài)硅凝膠復(fù)合物的性能。進一步地，混膠管9內(nèi)部為螺旋狀，且沿著從入口 91到出口 92的方向，螺旋越來越密集?；炷z管內(nèi)部設(shè)置為螺旋狀，是為了更均勻的混合基料和催化劑，確保基料和催化劑能夠充分混合，保證了液態(tài)硅凝膠復(fù)合物的性能。參見圖2，進一步地，IGBT模塊封裝設(shè)備還包括第一料筒10和第二料筒11 ;第一料筒10與第一進料口 621連通，用于向第一缸體62中輸入基料；第二料筒11與第二進料口 721連通，用于向第二缸體72中輸入催化劑。

設(shè)置第一料筒和第二料筒是為了方便向第一缸體和第二缸體內(nèi)部輸入基料和催化劑。目前，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)基料和催化劑的混合比例為1: 1.3，故本實施例中，第一料筒和第二料筒內(nèi)能容置物料的體積比為1: 1.3。參見圖2,第一活塞桿61和第二活塞桿71運動到最上部時,第一缸體62內(nèi)充滿基料，第二缸體72內(nèi)充滿催化劑，此時基料與催化劑的體積比為1: 1.3，在第一活塞桿61和第二活塞桿71同時向下運動時，基料與催化劑總是按照此比例進入到混膠管9中。上述技術(shù)方案提供的IGBT模塊封裝設(shè)備，便于進行大批量、規(guī)范化和精細化生產(chǎn)，且大批量產(chǎn)品性能指標(biāo)一致、重復(fù)性好、質(zhì)量可靠。另外，基料和催化劑的配比能夠準(zhǔn)確控制，且能進行自動灌封，IGBT模塊封裝效率高。本實施例提供的IGBT模塊封裝設(shè)備，可以根據(jù)基料和催化劑的組分特性以及產(chǎn)品性能要求，設(shè)定最恰當(dāng)?shù)呐浔葏?shù)，從而確定第一活塞和第二活塞的容積比?；炷z管能夠有效保證基料和催化劑混合的均勻性，從而保證基料和催化劑聚合后的硬度、彈性和附著性，保證了封裝完成后的產(chǎn)品質(zhì)量。最后，使用本實施例提供的IGBT模塊封裝設(shè)備，能夠有效進行產(chǎn)品的批量生產(chǎn)，且可保證批量灌封質(zhì)量的一致性。本發(fā)明實施例二還提供一種IGBT模塊封裝系統(tǒng)，其包括真空腔室，所述真空腔室內(nèi)設(shè)置有載物臺以及本發(fā)明任意實施例所述的IGBT模塊封裝設(shè)備，載物臺用于承載待封裝的IGBT模塊，IGBT模塊封裝設(shè)備用于向所述IGBT模塊的空腔中注入液態(tài)硅凝膠復(fù)合物。真空腔室為IGBT模塊和IGBT模塊封裝設(shè)備提供了一個真空環(huán)境，使得IGBT模塊在封裝過程中可以避免慘雜空氣，保證了封裝完成后IGBT I旲塊的性能。圖3為本發(fā)明實施例三提供的IGBT模塊封裝方法流程圖。參見圖3，本發(fā)明實施例三提供一種IGBT模塊封裝方法，其包括以下步驟:步驟S1、在真空環(huán)境中，使用本發(fā)明任意實施例所述的IGBT模塊封裝設(shè)備向IGBT模塊的空腔中注入液態(tài)硅凝膠復(fù)合物，其中，液態(tài)硅凝膠復(fù)合物為混合好的基料和催化劑；步驟SI中，在真空環(huán)境中，使用本發(fā)明任意實施例所述的IGBT模塊封裝設(shè)備，由于IGBT模塊封裝設(shè)備具有第一活塞和第二活塞，通過設(shè)置第一活塞和第二活塞的體積比值就能精確控制基料和催化劑的比例，從而能夠保證封裝完成后IGBT模塊的性能。液態(tài)硅凝膠復(fù)合物可以提前混合好，然后置入真空環(huán)境進行灌裝，也可以在真空中進行混合后灌裝。步驟S2、在IGBT模塊的空腔中填滿所述液態(tài)硅凝膠復(fù)合物后，將IGBT模塊在真空環(huán)境中保持設(shè)定的時間。步驟S2的作用是消除IGBT模塊內(nèi)部液態(tài)硅凝膠復(fù)合物中可能摻雜的空氣。上述技術(shù)方案，在真空中封裝IGBT模塊，由于大氣壓強的作用，液態(tài)硅凝膠復(fù)合物中摻雜的空氣會釋放出來；在填滿液態(tài)硅凝膠復(fù)合物后，將IGBT模塊在真空環(huán)境中保持設(shè)定的時間，也由于大氣壓強的作用，可以進一步消除液態(tài)硅凝膠復(fù)合物中可能摻雜的空氣，所以上述兩個步驟都可以有效消除液態(tài)硅凝膠復(fù)合物中摻雜的空氣，提高IGBT模塊整體的性能。采用上述方法灌裝的IGBT模塊，產(chǎn)品性能指標(biāo)一致、重復(fù)性好、質(zhì)量可靠。圖4為本發(fā)明實施例四提供的IGBT模塊封裝方法流程圖。參見圖4，本發(fā)明實施二在實施例三的技術(shù)方案基礎(chǔ)之上，優(yōu)選的是，步驟SI包括如下步驟:步驟Slljf IG BT模塊放置在真空環(huán)境中；步驟S11中，可以先將IGBT模塊放置在封閉的空間內(nèi)，再抽出空間內(nèi)的空氣。步驟S12、以多次灌封的方式經(jīng)由灌封口向IGBT模塊灌入液態(tài)硅凝膠復(fù)合物，其中，每兩次灌封之間的時間間隔為30秒-60秒。實際應(yīng)用中，某些型號IGBT模塊的外殼上可能開設(shè)有不止一個灌封口，此時可選的是，灌封口的數(shù)量為多個，每次灌封時，依次從各灌封口中灌入液態(tài)硅凝膠復(fù)合物，以設(shè)置有M灌封口和N灌封口，以灌封五次為例,灌封過程如下:每次灌封操作都為:先從M灌封口注入液態(tài)硅凝膠復(fù)合物，灌入的量可以為總待灌量的1/10 ;再從N灌封口注入液態(tài)硅凝膠復(fù)合物，灌入的量可以同上。上述灌封操作進行五次，以完成液態(tài)硅凝膠復(fù)合物的注入操作。為了保證IGBT模塊封裝效果，進一步地，真空環(huán)境的真空度為5mbar_IOOmbarJ^度為 15°C -30°C。在灌封過程中，基料、催化劑以及環(huán)境溫度的控制也是灌封工藝的關(guān)鍵，基料和催化劑混合后聚合發(fā)生時間和速度是溫度的函數(shù)，即灌封材料有效期的長短與溫度相關(guān)。因此需要將灌封環(huán)境的溫度應(yīng)控制在合適的范圍，以便在灌封有效期內(nèi)完成，避免影響灌封質(zhì)量。灌封過程要全程高真空,真空度選擇范圍5mbar-100mbar,杜絕設(shè)備中的空氣混入硅凝膠。需要說明的是，在灌封IGBT模塊時，要根據(jù)實際情況制作研發(fā)合適的工裝，對便于對IGBT模塊進行精確定位，在IGBT模塊上設(shè)置合理的灌封口，也可保證模塊灌封硅凝膠不出現(xiàn)死角。具體地，IGBT模塊在真空環(huán)境中保持的時間可為15分鐘-25分鐘。上述保持時間即可以充分排出液態(tài)硅凝膠復(fù)合物的空氣，又不至于過于延長封裝時間，影響封裝效率。上述技術(shù)方案提供的IGBT模塊封裝方法，采用多次灌封，這樣能夠保證液態(tài)硅凝膠復(fù)合物在IGBT模塊內(nèi)部的均勻灌封，完全覆蓋芯片等器件，保證產(chǎn)品的電氣性能。在完成IGBT模塊灌封液態(tài)硅凝膠復(fù)合物之后，將模塊在真空環(huán)境中繼續(xù)存放一定的時間，確保了液態(tài)硅凝膠復(fù)合物中沒有混入空氣。最后應(yīng)說明的是:以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可 以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。
權(quán)利要求
1.一種IGBT模塊封裝設(shè)備，其特征在于，包括: 第一活塞，具有第一活塞桿和第一缸體，所述第一缸體上開設(shè)有第一進料口和第一出料口，所述第一缸體用于容置基料； 第二活塞，具有第二活塞桿和第二缸體，所述第二缸體上開設(shè)有第二進料口和第二出料口，所述第二缸體用于容置催化劑； 壓塊，與所述第一活塞桿和第二活塞桿固定，以在所述壓塊的帶動下，使所述第一活塞桿和第二活塞桿同時上升或下降； 混膠管，具有相互貫通的入口和出口，所述入口與所述第一出料口和第二出料口連通，所述出口用于輸出液態(tài)硅凝膠復(fù)合物，其中，液態(tài)硅凝膠復(fù)合物為混合好的基料和催化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT模塊封裝設(shè)備，其特征在于， 所述混膠管內(nèi)部為螺旋狀，且沿著從所述入口到出口的方向，螺旋越來越密集。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT模塊封裝設(shè)備，其特征在于，還包括: 第一料筒，與所述第一進料口連通，用于向所述第一缸體中輸入所述基料； 第二料筒，與所述第二進料口連通，用于向所述第二缸體中輸入所述催化劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的IGBT模塊封裝設(shè)備，其特征在于， 第一料筒和第二料筒內(nèi)能容置物料的體積比為1: 1.3。
5.一種IGB T模塊封裝系統(tǒng)，其特征在于: 包括真空腔室，所述真空腔室內(nèi)設(shè)置有載物臺以及權(quán)利要求1-4任一所述的IGBT模塊封裝設(shè)備，所述載物臺用于承載待封裝的IGBT模塊，所述IGBT模塊封裝設(shè)備用于向所述IGBT模塊的空腔中注入液態(tài)硅凝膠復(fù)合物。
6.一種IGBT模塊封裝方法，其特征在于，包括: 在真空環(huán)境中，使用權(quán)利要求1-4任一所述的IGBT模塊封裝設(shè)備向IGBT模塊的空腔中注入液態(tài)硅凝膠復(fù)合物，其中，液態(tài)硅凝膠復(fù)合物為混合好的基料和催化劑； 在IGBT模塊的空腔中填滿所述液態(tài)硅凝膠復(fù)合物后，將IGBT模塊在真空環(huán)境中保持設(shè)定的時間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的IGBT模塊封裝方法，其特征在于，所述在真空環(huán)境中，向IGBT模塊的空腔中注入液態(tài)硅凝膠復(fù)合物包括: 將IGBT模塊放置在真空環(huán)境中； 以多次灌封的方式經(jīng)由灌封口向IGBT模塊灌入液態(tài)硅凝膠復(fù)合物，其中，每兩次灌封之間的時間間隔為30秒-60秒。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的IGBT模塊封裝方法，其特征在于， 所述灌封口的數(shù)量為多個，每次灌封時，依次從各灌封口中灌入所述液態(tài)硅凝膠復(fù)合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的IGBT模塊封裝方法，其特征在于， 所述真空環(huán)境的真空度為5mbar-1OOmbar，溫度為15°C _30°C。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的IGBT模塊封裝方法，其特征在于，所述設(shè)定的時間為15分鐘-25分鐘。
全文摘要
本發(fā)明提供一種IGBT模塊封裝設(shè)備、系統(tǒng)及方法，其中設(shè)備包括第一活塞，具有第一活塞桿和第一缸體，第一缸體上開設(shè)有第一進料口和第一出料口，第一缸體用于容置基料；第二活塞，具有第二活塞桿和第二缸體，第二缸體上開設(shè)有第二進料口和第二出料口，第二缸體用于容置催化劑；壓塊，與第一活塞桿和第二活塞桿固定，以在壓塊的帶動下，使第一活塞桿和第二活塞桿同時上升或下降；混膠管，具有相互貫通的入口和出口，入口與第一出料口和第二出料口連通，出口用于輸出液態(tài)硅凝膠復(fù)合物。使用IGBT模塊封裝設(shè)備進行封裝可以精確控制基料和催化劑的體積比，且便于進行大批量、規(guī)范化和精細化生產(chǎn)，大批量產(chǎn)品性能指標(biāo)一致、重復(fù)性好、質(zhì)量可靠。
文檔編號H01L21/56GK103247540SQ20121002760
公開日2013年8月14日 申請日期2012年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月8日
發(fā)明者李先亮 申請人:西安永電電氣有限責(zé)任公司