CN105280531B - 减少igbt功率模块封装中ge短路的在线气相清洁装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种减少IGBT功率模块封装中GE短路的在线气相清洁装置及方法，所述装置包括：清洁腔体，清洁腔体设于键合点胶的上料轨道上，上料轨道用于传送芯片，清洁腔体内设置有吹气管道以及吸气管道，吹气管道的出风口设于芯片的至少其中一侧的斜上方，吸气管道的进风口对应地设于芯片的相对侧的斜上方。本发明所提供的装置及方法能够在引线键合之后，键合点胶之前，进行针对芯片表面残留焊球及铝屑的清洁，从而防止金属残留物被键合胶固定在门极总线位置导致芯片GE失效的情况，减少GE短路的概率。

Description

减少IGBT功率模块封装中GE短路的在线气相清洁装置及方法
技术领域
本发明涉及IGBT功率模块封装的技术领域。
背景技术
目前，IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)功率模块的封装过程中无助焊剂的焊片工艺越来越流行，从衬板焊接、引线键合直至基板焊接，整个工艺过程都不进行水清洗。但衬板焊接过程中不可避免会有一些焊球掉落在芯片表面，键合阶段也会不可避免的掉落一些铝屑，这些金属异物在经过键合点胶工序时，会由于胶水的冲刷而移动，并倾向于停留在有台阶的门极总线位置，从而导致GE短路(所述的GE短路是指IGBT芯片的门极和发射极之间被短接，从而失去了开关能力)。传统的焊膏工艺由于有水清洗步骤，不会残留焊球，有些键合点胶工艺使用黏度很大的有机物，例如环氧，且只点在键合上，出现金属异物遭胶水冲刷并停留在门极总线的问题很少。但随着焊片工艺的广泛应用以及低粘度键合胶水的使用，这类由于金属异物导致的GE短路的概率大大增加。
现有的清洗设备包括：去静电离子风发生仪91，如图1所示，其通过机器吹到产品表面的离子风以达到去静电的目的，然而去静电去离子风发生仪91的风量太小，且通常出风口的面积很大，不够集中，清洁效果不佳，落在IGBT芯片表面的灰尘、沾污、焊球、铝屑等异物很难通过去离子风吹扫干净，在没有水清洗工序的封装工艺中不能起到清洁芯片或衬板的作用，达不到预防GE短路的目的。
现有的清洗设备还包括水清洗机92，如图2所示，其通过喷头喷出的去离子水淋洒到产品表面，达到清洗的目的，清洗效果较好。但由于清洗后需要干燥，所以工作时间较长，且清洗时，IGBT衬板或模块必须以一定的角度倾斜放入，所以要设计相应的工装，产品在不同的工装之间切换的时候也会消耗一定的工作时间，降低清洗的效率。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种减少IGBT功率模块封装中GE短路的在线气相清洁装置及方法，其是针对芯片表面残留焊球及铝屑进行清洁，从而防止金属残留物被键合胶固定在门极总线位置导致芯片GE失效的情况，减少GE短路的概率。
为达上述目的，本发明提供一种减少IGBT功率模块封装中GE短路的在线气相清洁装置，其包括：清洁腔体，所述清洁腔体设于键合点胶的上料轨道上，所述上料轨道用于传送芯片，其中，
所述清洁腔体内设置有吹气管道以及吸气管道，所述吹气管道的出风口设于芯片的至少其中一侧的斜上方，所述吸气管道的进风口对应地设于芯片的相对侧的斜上方。
所述的减少IGBT功率模块封装中GE短路的在线气相清洁装置，其中，所述的吹气管道的口径小于吸气管道的口径。
所述的减少IGBT功率模块封装中GE短路的在线气相清洁装置，其中，所述吹气管道包括：A组吹气管道和B组吹气管道，所述吸气管道包括：A组吸气管道和B组吸气管道；所述A组吹气管道设于垂直于芯片的进给方向的一侧，所述A组吸气管道设于垂直于芯片的进给方向的相对侧；所述B组吹气管道设于芯片的下游，所述B组吸气管道设于芯片的上游。
所述的减少IGBT功率模块封装中GE短路的在线气相清洁装置，其中，所述A组吹气管道的管道数量等于芯片的排数，所述B组吹气管道的管道数量等于芯片的列数。
所述的减少IGBT功率模块封装中GE短路的在线气相清洁装置，其中，所述A组吸气管道的吸气面积大于等于A组吹气管道的吹气面积，所述B组吸气管道的吸气面积大于等于B组吹气管道的吹气面积。
所述的减少IGBT功率模块封装中GE短路的在线气相清洁装置，其中，所述A组吹气管道和B组吹气管道均为并排布置。
所述的减少IGBT功率模块封装中GE短路的在线气相清洁装置，其中，所述A组吹气管道、A组吸气管道、B组吹气管道和B组吸气管道均能够在清洁腔体内进行水平及竖直的移动。
本发明还提供一种减少IGBT功率模块封装中GE短路的在线气相清洁方法，其采用上述的在线气相清洁装置，其中，所述的在线气相清洁方法包括以下步骤：
步骤一：打开清洁腔体，使所述B组吸气管道向下移动，使运送芯片的托盘工装沿上料轨道的方向运动至清洁腔体中；
步骤二：运送芯片的托盘工装完全进入清洁腔体，关闭清洁腔体，所述B组吸气管道向上移动至工作位置；
步骤三：打开所述A组吹气管道与所述A组吸气管道，A组吹气管道进行吹气动作，同时A组吸气管道进行吸气动作，形成气路，清洁芯片表面；
步骤四：关闭所述A组吹气管道与所述A组吸气管道，打开所述B组吹气管道与所述B组吸气管道，形成气路，继续清洁芯片表面。
所述的减少IGBT功率模块封装中GE短路的在线气相清洁方法，还包括：
步骤五：多次依序重复步骤三和步骤四，使A组吹气管道、A组吸气管道与B组吹气管道、B组吸气管道轮流开启。
所述的减少IGBT功率模块封装中GE短路的在线气相清洁方法，其中，所述的A组吹气管道和B组吹气管道均使用高纯氮气，高纯氮气的气压范围是2Mpa至5Mpa。
综上所述，本发明的优点是：
1、本发明的装置结构简单，本发明的方法操作便利，有利于提高生产效率；
2、可以大大降低由于焊球和铝屑导致的GE失效问题；
3、通过在键合点胶的上料轨道上设置一个清洁腔体，可实现自动化操作，而不需要任何人工操作，能够有效节约成本。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1是现有的去静电离子风发生仪的工作原理示意图；
图2是现有的水清洗机的工作原理示意图；
图3是根据本发明一个实施例的在线气相清洁的工作原理示意图；
图4是根据本发明一个实施例的在线气相清洁方法的步骤一的示意图；
图5是根据本发明一个实施例的在线气相清洁方法的步骤二的示意图；
图6是根据本发明一个实施例的在线气相清洁方法的步骤三的示意图；
图7是根据本发明一个实施例的在线气相清洁方法的步骤四的示意图；
附图标记说明：10-上料轨道；11-A组吹气管道；12-A组吸气管道；21-B组吹气管道；22-B组吸气管道；91-去静电离子风发生仪；92-水清洗机；100-芯片。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
首先，如图3所示，其是根据本发明一个实施例的在线气相清洁的工作原理示意图。
一般而言，对IGBT功率模块在封装过程中的工作流程为：
键合点胶机台上料—>在线气相清洁—>键合点胶—>固化
由此可见，本发明的在线气相清洁过程在引线键合之后，键合点胶之前。
其中，本发明所提供的在线气相清洁装置，主要包括：清洁腔体(图中未示出)，所述清洁腔体内设置有吹气管道11(和吹气管道21)以及吸气管道12(和吸气管道22)。所述的清洁腔体设于键合点胶的上料轨道10上，所述上料轨道10还用于传送芯片。
所述的吹气管道11(和吹气管道21)的出风口可设于芯片100的其中一侧的斜上方，而吸气管道12(和吸气管道22)的进风口则对应地设于芯片100的相对侧的斜上方。例如，如图3所示，所述的吹气管道11、12分为A组吹气管道11和B组吹气管道21，所述的吸气管道12、22则分为A组吸气管道12和B组吸气管道22。A组吹气管道11设于垂直于芯片100的进给方向的一侧，而A组吸气管道12设于垂直于芯片100的进给方向的相对侧；B组吹气管道21设于芯片100的下游，即上料轨道10的“上料方向”，B组吸气管道22则设于芯片100的上游。
其中，所述的吹气管道的口径小于吸气管道的口径，这是因为较小的吹气管道口径较小便于集中风力，而较大的吸气管道口径便于与吹气管道形成气路，避免在密闭的清洁腔体内形成不可控的湍流，从而有利于清洁芯片表面。因此，以A组吹气管道11和A组吸气管道12为例，其中所述A组吹气管道11包含至少一根吹气管道，其数量优选为对应于上料轨道10上芯片的排数，实现每根吹气管道11对一排芯片进行吹气。再优选地，所述的A组吸气管道12的吸气面积大于等于A组吹气管道11的吹气面积，因而形成稳定的气路，清洁效果更佳，当然，根据具体情况也可使A组吸气管道12的吸气面积略小于A组吹气管道11的吹气面积。再有，所述的B组吹气管道21包含至少一根吹气管道，数量优选为对应于上料轨道10上芯片的列数，实现每根吹气管道21对一列芯片进行吹气。再优选地，所述的B组吸气管道22的吸气面积大于等于B组吹气管道21的吹气面积，因而形成稳定的气路，清洁效果更佳，当然，根据具体情况也可使B组吸气管道22的吸气面积略小于B组吹气管道21的吹气面积。
所述的A组吹气管道11和B组吹气管道21均为并排布置，且可采用等距布置或不等距布置，完全取决于上料轨道10上芯片的排列方式。
此外，A组吹气管道11和B组吹气管道21均使用高纯氮气，高纯氮气在清洗过程中，在清洗的同时能够对芯片表面起到保护及干燥的作用。高纯氮气的气压范围是2Mpa至5Mpa，视键合线的直径和布局而定。
必要时，A组吹气管道11的出风口和B组吹气管道21的出风口可设置成可移动式的，便于根据上料轨道10的位置而调整A组吹气管道11的出风口和B组吹气管道21的出风口位置，更加有效地清洁芯片表面。例如，清洁腔体内可设有滑轨，所述的A组吹气管道11和B组吹气管道21可沿着所述滑轨沿水平或竖直方向移动。同理，所述的A组吸气管道12的进风口和B组吸气管道22的进风口也可设置成是可移动式的，因此能够调整其位置正对A组吹气管道11的出风口和B组吹气管道21的出风口。
此外，由于所述的B组吸气管道22设于上料轨道10的上游，因此B组吸气管道需设置成能够上下移动，因而不会阻挡产品上料。
本发明还提供一种在线气相清洁方法，其主要包括以下步骤(请依次如图4-图7所示)：
步骤一(图4)：打开密闭的清洁腔体，装载衬板(芯片焊接在衬板上)的托盘工装沿着上料轨道10的方向运动至密闭的清洁腔体内，此过程中，为不妨碍工装的运动，B组吸气管道22向下移动，A组吹气管道11、A组吸气管道12和B组吹气管道21、B组吸气管道22全部处于非工作状态；
步骤二(图5)：装载衬板的托盘工装完全进入密闭的清洁腔体，清洁腔体门关闭，B组吸气管道向上移动至工作位置，芯片等待吹气清洁；
步骤三(图6)：打开A组吹气管道11与A组吸气管道12，A组吹气管道11进行吹气动作，吹出压缩的高纯氮气，同时A组吸气管道12进行吸气动作，形成气路，芯片表面焊球及铝屑等异物被气流带走；
步骤四(图7)：关闭A组吹气管道11与A组吸气管道12，打开B组吹气管道21与B组吸气管道22，吹出高纯的压缩氮气，形成气流通路，清洁产品。
步骤五：如果清洁不彻底，可多次依序重复步骤三和步骤四，使A组吹气、吸气管道11、12与B组吹气、吸气管道21、22轮流开启，通过不同方向的气流冲击，清洁衬板及芯片表面。
因此本发明所提供的装置及方法能够在引线键合之后，键合点胶之前，进行针对芯片表面残留焊球及铝屑的清洁，从而防止金属残留物被键合胶固定在门极总线位置导致芯片GE失效的情况，减少GE短路的概率。
综上所述，本发明的优点是：
1、装置结构简单、方法操作便利，有利于提高生产效率；
2、可以大大降低由于焊球和铝屑导致的GE失效问题；
3、通过在键合点胶的上料轨道10上设置一个清洁腔体，可实现自动化操作，而不需要任何人工操作，能够有效节约成本。
相关技术术语的名词解释虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (9)

1.一种减少IGBT功率模块封装中GE短路的在线气相清洁装置，其特征在于，包括：清洁腔体，所述清洁腔体设于键合点胶的上料轨道上，所述上料轨道用于传送芯片，其中，
所述清洁腔体内设置有吹气管道以及吸气管道，所述吹气管道的出风口设于芯片的至少其中一侧的斜上方，所述吸气管道的进风口对应地设于芯片的相对侧的斜上方；
所述吹气管道包括：A组吹气管道和B组吹气管道，所述A组吹气管道的管道数量等于芯片的排数，所述B组吹气管道的管道数量等于芯片的列数。
2.根据权利要求1所述的减少IGBT功率模块封装中GE短路的在线气相清洁装置，其特征在于，所述的吹气管道的口径小于吸气管道的口径。
3.根据权利要求1所述的减少IGBT功率模块封装中GE短路的在线气相清洁装置，其特征在于，所述吸气管道包括：A组吸气管道和B组吸气管道；所述A组吹气管道设于垂直于芯片的进给方向的一侧，所述A组吸气管道设于垂直于芯片的进给方向的相对侧；所述B组吹气管道设于芯片的下游，所述B组吸气管道设于芯片的上游。
4.根据权利要求3所述的减少IGBT功率模块封装中GE短路的在线气相清洁装置，其特征在于，所述A组吸气管道的吸气面积大于等于A组吹气管道的吹气面积，所述B组吸气管道的吸气面积大于等于B组吹气管道的吹气面积。
5.根据权利要求3所述的减少IGBT功率模块封装中GE短路的在线气相清洁装置，其特征在于，所述A组吹气管道和B组吹气管道均为并排布置。
6.根据权利要求3所述的减少IGBT功率模块封装中GE短路的在线气相清洁装置，其特征在于，所述A组吹气管道、A组吸气管道、B组吹气管道和B组吸气管道均能够在清洁腔体内进行水平及竖直的移动。
7.一种减少IGBT功率模块封装中GE短路的在线气相清洁方法，其采用权利要求3所述的在线气相清洁装置，其特征在于，所述的在线气相清洁方法包括以下步骤：
步骤一：打开清洁腔体，使所述B组吸气管道向下移动，使运送芯片的托盘工装沿上料轨道的方向运动至清洁腔体中；
步骤二：运送芯片的托盘工装完全进入清洁腔体，关闭清洁腔体，所述B组吸气管道向上移动至工作位置；
步骤三：打开所述A组吹气管道与所述A组吸气管道，A组吹气管道进行吹气动作，同时A组吸气管道进行吸气动作，形成气路，清洁芯片表面；
步骤四：关闭所述A组吹气管道与所述A组吸气管道，打开所述B组吹气管道与所述B组吸气管道，形成气路，继续清洁芯片表面。
8.根据权利要求7所述的减少IGBT功率模块封装中GE短路的在线气相清洁方法，其特征在于，还包括：
步骤五：多次依序重复步骤三和步骤四，使A组吹气管道、A组吸气管道与B组吹气管道、B组吸气管道轮流开启。
9.根据权利要求7所述的减少IGBT功率模块封装中GE短路的在线气相清洁方法，其特征在于，所述的A组吹气管道和B组吹气管道均使用高纯氮气，高纯氮气的气压范围是2Mpa至5Mpa。
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