CN114325252A - 绝缘防护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种绝缘防护方法,包括以下步骤:a、利用绝缘保护物对功率模块产品进行保护;b、对功率模块产品进行清洗、烘干;c、在功率模块产品上涂覆保护膜;d、去除功率模块产品上的绝缘保护物。本发明能够避免模块发生局部放电的现象,可以满足模块高压应用条件的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种绝缘防护方法。
背景技术
高压功率模块具有易驱动、控制速度快、导通电压低、通态电流大、尺寸小等优点,是自动控制最为核心的部件,被广泛应用在电动汽车、家电、风力发电设备、太阳能发电设备以及轨道交通牵引中。现有的高压功率模块以绝缘栅双极型晶体管(IGBT)和智能功率模块(IPM)为代表。功率模块的主要架构是将芯片焊接在覆铜陶瓷基板(DBC)上,再将DBC焊接在与散热器连接的底板上。陶瓷基板的材质一般采用Al2O3或AlN,这类材质具有良好的导热性和电气绝缘能力。在安装时,使芯片的电极通过铝线键合引出到DBC上,然后外部电极直接从DBC上通过焊接的方式引出。
但是,高压功率半导体模块较易出现局部放电的情况,局部放电会引起烧蚀、温升或臭氧和氮氧化物的产生,从而会降低介质材料的寿命,最终影响高压器件的使用寿命。对此,一些技术采用向模块内灌封硅凝胶的方式来提高模块抗振性能,以保证器件的绝缘和抑制局部放电。然而,局部放电现象通常就发生在灌封材料的缺陷孔洞处,而当施加电压超过一定阈值且电场的不均匀分布时,依然容易引起介质击穿和放电的现象。
当然,也有一些技术采用Parylene(派瑞林)薄膜来对器件进行绝缘保护,Parylene薄膜是一种优质的保形性涂覆材料,其由对二甲苯坏二体及其取代物通过真空气相沉积聚合而成。这种材质具有透明、致密、高度纯净的特点,且几乎不会改变被涂覆物的厚度和外形,并具有很好的张力以及优良的介电强度,还能防水、耐酸碱盐和耐腐蚀性气体,因此已经作为一种新型的涂覆材料在航空航天军事等领域中广泛应用。也正因如此,用于涂覆parylene薄膜的真空沉积技术也日渐受到重视。但是,现有技术中还没有将parylene真空沉积技术技术应用到高压功率模块产品的绝缘防护中的具体实践。因此,有必要针对于高压功率半导体模块设计一种基于parylene薄膜的绝缘防护方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种绝缘防护方法。
为实现上述发明目的,本发明提供一种绝缘防护方法,包括以下步骤:
a、利用绝缘保护物对功率模块产品进行保护;
b、对功率模块产品进行清洗、烘干;
c、在功率模块产品上涂覆保护膜;
d、去除功率模块产品上的绝缘保护物。
根据本发明的一个方面,所述绝缘保护物包括防静电胶带、热缩套管和快干型可剥性胶浆。
根据本发明的一个方面,在所述步骤(a)中,对于功率模块产品的外表面、功率器件的散热面和待调试焊盘,使用防静电胶带进行保护;
对于功率模块产品的对外电接口,使用热缩套管进行保护,并在保护前采用视频显微镜对热缩套管进行检查,若热缩套管存在破损、开裂,则进行报废处理;
对于功率模块产品的安装紧固件,使用快干型可剥性胶浆进行保护,在保护时,待胶浆完全固化后,再放入真空干燥箱中抽真空。
根据本发明的一个方面,在所述步骤(b)中,采用半干无水乙醇或异丙醇无尘纸对功率模块产品进行清洗。
根据本发明的一个方面,在所述步骤(b)中,将功率模块产品放入温度为50℃±2℃,压力小于0.01Mpa的真空烘箱中烘干1h。
根据本发明的一个方面,在所述步骤(c)中,将功率模块产品均匀安装在支架的各个层级上,使功率模块产品之间具备不小于12mm的间距,并在支架上设置3~6个陪片。
根据本发明的一个方面,在所述步骤(c)中,利用偶联剂对功率模块产品进行耦合处理,并置于真空环境中,使涂覆原料进行气化后对功率模块产品进行涂覆。
对沉积仓抽真空至真空度达到20mT以下,并将添加的偶联剂加热至 180℃;
加热涂覆原料至180℃,并经过690℃高温裂解后涂覆在产品表面上;
若装料量低于100g,则AP注入量为2ml,真空压差为15mT;
若装料量100g~135g,则AP注入量为2ml,真空压差为15mT;
若装料量135g以上,则AP注入量为3ml,真空压差为15mT。
根据本发明的一个方面,在所述步骤(d)中,在功率模块产品与绝缘保护物交界线处制作划痕,并沿划痕将绝缘保护物去除,再将保护膜的边缘修理平滑,用脱脂纱布清洗残留物。
根据本发明的一个方面,在所述步骤(d)中,利用厚度测量仪测量陪片上的保护膜的厚度,并对功率模块产品上的保护膜的透明度、均匀性以及有无气泡、裂缝、针孔情况进行检查。
根据本发明的一个方面,所述保护膜为Parylene薄膜。
根据本发明的构思,采用真空沉积设备,并使用ParyleneC型原料,对军用高压功率模块产品进行绝缘防护。由于这种涂层具备优异的介电强度,其涂覆后可耐2万伏高压,从而能够避免局部放电等问题的发生,以满足模块高压应用条件的要求。
根据本发明的一个方案,在涂覆ParyleneC保护膜之前,先对产品的重点部位进行有针对性的绝缘保护,从而避免保护膜进入这些保护区域而影响产品的正常使用。
附图说明
图1示意性表示本发明的一种实施方式的绝缘防护方法的流程图;
图2示意性表示配片的安装位置图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员而言,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述,实施方式不能在此一一赘述,但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
参见图1,本发明的用于(军用)高压功率模块的绝缘防护方法,可以应用于电子装联技术中,以解决高压功率模块局部放电等问题。本方法主要包括区域保护、清洗、真空烘干、检验、绝缘涂覆、去保护及厚度测量、检验等。当然,在进行上述步骤前,还需要进行必要的产品准备工作,具体为对产品进行调试并检验是否合格,然后将之转运至涂覆操作间,此操作需使用专用防静电盒。并且,在转运过程中还需保持产品原安装状态,以避免产品受损,而元器件的安装形式和位置也应保持在工序检验时的合格状态,并准备好相应的技术文件。
本方法首先利用绝缘保护物对功率模块产品的保护区域(或称区域保护部位)进行保护。其中,绝缘保护物包括防静电胶带(绝缘胶带)、绝缘套管(热缩套管)和快干型可剥性胶浆,保护区域包括高压功率模块的外表面、功率器件的散热面、待调试焊盘、对外电接口和安装用紧固件。由此,对应的保护方法也大体分为三种,分别为平面保护区域的防静电胶带保护、对外电接口的绝缘套管保护和安装紧固件的快干型可剥性胶浆保护。当然,上述保护工作也可使用其他辅助工具来配合完成,从而可将功率模块产品的外表面及焊接端子等部位进行有效的保护。
具体而言,对于功率模块产品的外表面、功率器件的散热面和待调试焊盘等平面区域,应使用防静电胶带进行保护。这种保护方式需保证胶带与保护部位完全接触,即完全排除二者之间的空气,以避免胶带在真空条件下产生破裂。对于功率模块产品的对外电接口,应使用热缩套管进行保护。对与这类区域,应尽量避免使用胶带、快干型可剥性胶浆等液态保护措施。并且,在热缩套管每次使用前,需采用视频显微镜对热缩套管进行检查,若热缩套管存在破损、开裂等问题时,则对其进行报废处理。在设置热缩套管时,应确保热缩套管紧缩良好,在操作期间可使用镊子将之捏紧。对于功率模块产品的安装紧固件,应使用快干型可剥性胶浆进行保护。并且,需保证胶浆完全固化后,再放入真空干燥箱中抽真空。
完成对产品的绝缘保护后,即可对功率模块产品进行清洗、烘干。具体的,本发明采用半干无水乙醇或异丙醇无尘纸对功率模块产品进行清洗。当然,对于不需要清洗的部位(例如电连接器接口等),则应避免清洗溶液流入或污染。每批产品在经过清洗后应进行外观检查,以确保产品清洁彻底、无多余物。在烘干时,将功率模块产品放入温度为50℃±2℃,压力小于0.01Mpa的真空烘箱中烘干1h。
随后,即可将功率模块产品放入涂膜设备中涂覆保护膜。具体的,先将功率模块产品安装到涂膜设备的支架上。根据产品的实际尺寸,可进行多层安装,即在安装后,产品应均匀分布在支架的各个层级上。安装时功率模块产品之间应具备不小于12mm的间距,从而确保保护膜的质量和厚度分布均匀。并且,还需在支架的不同部位和高度设置3~6个陪片,如图2 所示,从而便于后续进行的厚度测量。
在按照上述将产品安装完毕后,对沉积仓抽真空,使沉积仓本底真空度达到20mT以下。期间可利用偶联剂(AP)对产品进行耦合处理,具体应将添加的偶联剂(AP)加热至180℃,确保偶联剂(AP)全部蒸发并沉降至产品表面。相比于液态偶联剂(AP)浸泡,将偶联剂加热蒸发并沉降至产品表面能够大幅提升涂覆膜层与产品表面的结合力至1级(GB/T9286标准),偶联剂(AP)使用量节省约70%,生产效率提升了50%左右。而使产品置于真空环境中可以使涂膜材料与产品的结合效果更好。随后,即可使涂覆原料进行气化后对产品进行涂覆。具体应加热涂覆原料至180℃,并经过690℃高温裂解后,固态parylene原料裂解后的单体常温下在产品表面聚合生产高分子聚合物,从而涂覆在产品表面上。具体投放的涂覆原料数量、AP注入量及真空压差等参数可根据耐压等级、产品结构及数量确定,本发明的装料量、AP注入量及真空压差如下表1所示:
序号 | 装料量 | AP注入量 | 真空压差 |
1 | 低于100g | 2ml | 15mT |
2 | 100g~135g | 2ml | 15mT |
3 | 135g以上 | 3ml | 15mT |
表1
在完成产品的保护膜涂覆工作后,即可将此前设置的绝缘保护物(即绝缘胶带、热缩套管及快干型可剥性胶浆)从功率模块产品上去除,此步骤可借助手术刀、镊子等工具完成。具体操作时,可利用手术刀在功率模块产品与绝缘保护物交界线处制作划痕,并利用镊子将绝缘保护物挑起,再沿划痕将绝缘保护物向上提起而去除,再将保护膜的边缘修理平滑,并用脱脂纱布将保护区域上残留的绝缘保护物及其他多余物及时清洗干净。
随后利用厚度测量仪测量陪片上的保护膜的厚度,由上述可知,此处测量时所需要的陪片数量不应少于三个。并对功率模块产品上保护膜进行缺陷检查。在检验时应尽可能保证百分之百的外观无缺陷,即要求涂层透明、均匀,且无气泡、裂缝、针孔等缺陷。
以上所述仅为本发明的一个实施方式而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包括在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种绝缘防护方法,包括以下步骤:
a、利用绝缘保护物对功率模块产品进行保护;
b、对功率模块产品进行清洗、烘干;
c、在功率模块产品上涂覆保护膜;
d、去除功率模块产品上的绝缘保护物。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述绝缘保护物包括防静电胶带、热缩套管和快干型可剥性胶浆。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,在所述步骤(a)中,对于功率模块产品的外表面、功率器件的散热面和待调试焊盘,使用防静电胶带进行保护;
对于功率模块产品的对外电接口,使用热缩套管进行保护,并在保护前采用视频显微镜对热缩套管进行检查,若热缩套管存在破损、开裂,则进行报废处理;
对于功率模块产品的安装紧固件,使用快干型可剥性胶浆进行保护,在保护时,待胶浆完全固化后,再放入真空干燥箱中抽真空。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述步骤(b)中,采用半干无水乙醇或异丙醇无尘纸对功率模块产品进行清洗。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述步骤(b)中,将功率模块产品放入温度为50℃±2℃,压力小于0.01Mpa的真空烘箱中烘干1h。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述步骤(c)中,将功率模块产品均匀安装在支架的各个层级上,使功率模块产品之间具备不小于12mm的间距,并在支架上设置3~6个陪片。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,对沉积仓抽真空至真空度达到20mT以下,并将添加的偶联剂加热至180℃;
加热涂覆原料至180℃,并经过690℃裂解后涂覆在产品表面上;
若装料量低于100g,则AP注入量为2ml,真空压差为15mT;
若装料量100g~135g,则AP注入量为2ml,真空压差为15mT;
若装料量135g以上,则AP注入量为3ml,真空压差为15mT。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述步骤(d)中,在功率模块产品与绝缘保护物交界线处制作划痕,并沿划痕将绝缘保护物去除,再将保护膜的边缘修理平滑,用脱脂纱布清洗残留物。
9.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,在所述步骤(d)中,利用厚度测量仪测量陪片上的保护膜的厚度,并对功率模块产品上的保护膜的透明度、均匀性以及有无气泡、裂缝、针孔情况进行检查。
10.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述保护膜为Parylene薄膜。
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