CN116417354A - 一种igbt模块固化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种IGBT模块固化方法，本发明在IGBT模块固化过程中通过第一温度和第二温度的加热固化以及在两种温度下对目标物质的挥发速率检测得到IGBT模块的固化效果，以实现精准控制IGBT模块固化过程的有益效果。本发明将IGBT模块置于两种固化温度下进行固化处理使得IGBT模块的固化效果更佳，并且本发明不以固化温度达到预设值作为固化进程结束的唯一标准，提高了判定结果的准确性，避免了传统技术采用统一标准衡量固化效果的弊端，本发明的固化方法在精准控制IGBT模块固化过程的同时又提高了产品质量和产品良率，有效地节省制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及IGBT技术领域，涉及一种IGBT制造方法，尤其涉及一种IGBT模块的固化方法。
背景技术
绝缘栅双极型晶体管（insulated gate bipolar transistor，IGBT）是一种功率半导体器件，其综合了电力晶体管和电力场效应晶体管的优点，具有高频率、高电压、大电流等优点，并具有广泛的应用领域。双极晶体管具有优异的低正向导通压降特性，虽然可以得到高耐压、大容量的元件，但是它要求的驱动电流大，控制电路非常复杂，而且交换速度不够快。IGBT正是作为顺应这种要求而开发的，它是由MOSFET（输入级）和PNP晶体管（输出级）复合而成的一种器件，既有MOSFET器件驱动功率小和开关速度快的特点（控制和响应），又有双极型器件饱和压降低而容量大的特点（功率级较为耐用），频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十KHz频率范围内。基于这些优异的特性，IGBT一直广泛使用在超过300V电压的应用中，模块化的IGBT可以满足更高的电流传导要求，其应用领域不断扩大，具有良好的使用性能和发展前景。
随着IGBT模块的普及，对半导体封装的要求也越来越高，为了保证IGBT模块的使用性能，在IGBT模块封装过程中通常需要通过密封胶将IGBT模块的基板与外壳进行粘接固化，以使得IGBT模块在使用过程中避免与空气直接接触，保证IGBT模块的气密性，防止潮湿气体或其他物质进入IGBT模块影响其使用性能。若由于IGBT模块的固化效果不佳导致固化处发生开裂的情况，则会导致外界气体能够通过开裂处进入IGBT模块内，若IGBT模块处于潮湿环境下，进入IGBT模块内的潮湿气体很容易造成短路，进而破坏IGBT模块并且缩短IGBT模块的使用寿命。而在IGBT模块固化过程中所使用的密封胶是指随密封面形状而变形，不易流淌，有一定粘结性的密封材料，是用来填充构形间隙、以起到密封作用的胶粘剂，具有防泄漏、防水、防振动及隔音、隔热等作用。虽然密封胶在常温下也可以进行自动固化，但是常温下密封胶的固化时间较长，不利于流水线模式下的批量生产，并且如果不能有效控制IGBT模块的固化时间，在设计流水线节拍时就会以最长的固化时间作为计算依据，进而导致生产过程中资源的浪费。
由于IGBT模块的制造成本很高，并且其生产过程中的工艺流程较长，其中至少包括：一次焊接—一次绑线—二次焊接—二次绑线—组装—上外壳、涂密封胶—固化—灌硅凝胶—老化筛选，任何一个过程质量把控不到位都有可能导致IGBT模块的质量和使用性能达不到标准，进而导致存在瑕疵的IGBT模块的使用性能和使用时间达不到标准要求，甚至发生报废，而再次更换的成本又很高，另外，精细化控制IGBT模块的生产过程能够有效减少次品率，进而能够极大地减少不必要的成本损失。因此，基于IGBT模块生产成本高的特性，需要精细化控制IGBT模块的生产过程，尤其是IGBT模块的固化过程，若IGBT模块固化效果不好会导致其密封胶变性或开裂，进而使得其内部组件容易受到外界环境的影响，特别是在潮湿环境下，会加速IGBT模块内部各组件的老化程度，因此精细化控制IGBT模块的固化过程显得尤为重要。
中国专利CN11725115A公开了一种IGBT模块自动固化设备，其包括中转台装置，中转台装置前部上方设有一小托盘上下料机架；所述小托盘上下料机架左部、右部皆设有与其相匹配的小托盘移料装置；所述小托盘上下料机架左侧、右侧皆设有与小托盘移料装置相匹配的小托盘输送装置；所述中转台装置后侧设有一个与其相匹配的大托盘输送装置；所述大托盘输送装置后侧左右两边分别设有与其相匹配的烘烤装置、缓存装置。IGBT模块自动固化设备能够在产品固化过程中实现全自动上下料，有效提高工作效率，且能够有效避免固化后的产品的温度高导致人员误操作时易被烫伤的情况。
该专利主要是用于实现IGBT模块的自动固化过程，虽然通过上述现有技术的自动固化设备能够实现IGBT模块的全自动上下料，并且能够提高工作效率，但是在IGBT模块固化过程中所产生的一系列问题上述现有技术不能及时发现，上述现有技术对IGBT模块的固化时间和固化温度都是基于经验，即上述现有技术并不能根据不同批次和不同情况的IGBT模块进行特异性调整，对IGBT模块的固化质量和固化效果只能起到一个大概的把控，不能实现精细化控制，在IGBT模块固化中存在的IGBT模块固化温度不达标、IGBT模块内有效成分过分挥发等问题也不能及时做出反应，使得IGBT模块的次品率不能得到很好的控制，而IGBT模块本身的制造成本偏高，若不能及时检测和精细化控制固化过程则会带来较大的经济损失。因此，基于IGBT模块高额的制造成本，现急需一种能够精细化控制IGBT模块固化过程的固化方法。
此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。
发明内容
为了解决上述背景技术中提出的问题，本发明提供了一种IGBT模块固化方法，以实现精细化控制IGBT模块的固化过程，以及提高固化过程中的稳定性和可控性。
本发明提供一种IGBT模块固化方法，优选地，所述方法包括：
将涂覆密封胶的IGBT模块置于固化腔中加热到第一温度；
检测所述IGBT模块在第一温度下的硅氧烷挥发速率；
当所述IGBT模块在所述第一温度下的硅氧烷挥发速率减小至零时，将所述IGBT模块加热至第二温度；
检测所述IGBT模块在所述第二温度下的硅氧烷挥发速率；
在所述IGBT模块在所述第二温度下的硅氧烷挥发速率保持为零且超过预设时间阈值时，结束固化。
优选地，所述第一温度的区间为120℃～150℃。当IGBT固化温度在120-150℃之间时，密封胶开始初步改性，并且能够使得IGBT模块在第一温度下可以降低热损耗、增强IGBT的热稳定性、减小IGBT结构中层间缝隙，从而使IGBT元件的接触性能更好、预防IGBT因受潮而引起的失效、改善IGBT高频特性、减少噪音等，因此本方案先将IGBT加热至第一温度并使其上密封胶发生初步改性，在提升密封胶理化性能的同时还能够避免一次高温加热带来的材料性能失效等弊端。
优选地，所述第二温度的区间为140℃～170℃。当IGBT固化温度在140-170℃之间时，可以进一步提高IGBT的性能，如可以增加IGBT的热可靠性、增强IGBT的电气特性、减少IGBT结构中层间缝隙，以提高IGBT的耐电性、改善IGBT的高频特性、抑制IGBT非接触表面热老化发生的可能性。因此，将IGBT固化的第二温度控制在140-170℃之间可以获得最佳效果。上述有益效果均通过实验验证，即第一温度和第二温度的温度区间为IGBT的最佳加热区间，并且在上述加热温度下能够最大程度改善IGBT的使用性能。
传统IGBT的固化温度一般为150-180℃，具体温度受IGBT类型、厂家等因素的影响而有所不同，而传统的IGBT固化采用一次固化成型并采用统一的时间标准作为判定IGBT固化结束的信号会带来许多弊端，采用IGBT的最高固化温度进行固化时或者采用统一时间标准来判定IGBT固化进程时，可能会加剧IGBT的重复热老化；可能会导致IGBT层间熔点低，从而破坏IGBT结构；可能会使IGBT层间电介质发生变化，影响IGBT的电气特性；可能会使IGBT表层的固溶体结构改变，导致IGBT发热量减小，进而影响IGBT的可靠性。本方案选择梯度加热的方式对IGBT模块进行固化会使得IGBT模块的固化过程过渡更加平缓，并且能够缩短固化时间，从而提高生产速度；可以更好地避免IGBT因快速变温引起的损伤；可以减少IGBT电介质内聚集的强电场，从而达到降低重复热老化发生的机率；可以减少IGBT电路中受损器件的数量，从而提高产品可靠性等，进而能够提高IGBT的使用性能和使用寿命。
优选地，第一、第二温度之间的差值控制在10℃～20℃。
优选地，所述预设时间的阈值范围为5～10min。
优选地，检测固化过程中乙醇的挥发浓度，在所述乙醇的挥发浓度高于预设值的情况下，结束所述固化过程。
优选地，在所述IGBT模块的固化过程中形成用于防止所述IGBT模块氧化的气体保护层。
一种IGBT模块的固化装置，包括：
固化腔，用于承载所述IGBT模块；
硅氧烷传感器，用于检测所述IGBT模块固化过程中产生的硅氧烷；
控温单元，用于控制所述IGBT模块固化过程中的加热温度，其特征在于，所述装置被配置为：
将涂覆密封胶的IGBT模块置于固化腔中加热到第一温度；
检测所述IGBT模块在第一温度下的硅氧烷挥发速率；
当所述IGBT模块在所述第一温度下的硅氧烷挥发速率减小至零时，将所述IGBT模块加热至第二温度；
检测所述IGBT模块在所述第二温度下的硅氧烷挥发速率；
在所述IGBT模块在所述第二温度下的硅氧烷挥发速率保持为零且超过预设时间阈值时，结束固化。
优选地，所述固化装置还配置有乙醇传感器，以使得在所述乙醇传感器检测到的乙醇挥发浓度高于预设值的情况下，所述固化装置能够停止固化进程。
优选地，所述固化装置能够在所述IGBT模块的固化过程中形成用于防止所述IGBT模块氧化的气体保护层。
本发明的有益技术效果包括：本发明提供一种IGBT模块固化方法，通过检测IGBT模块固化过程中副产物的挥发速率来调整固化加热温度和固化加热时间，只有在副产物的挥发速率于第一温度达到预设值的情况下，本发明的固化方法才能够继续第二温度的固化过程，通过副产物的挥发速率来调整不同固化温度下的固化时间，使得IGBT模块的固化时间能够随不同批次或不同环境适应性改变，且始终能够保持IGBT模块的固化效果，避免了根据经验和统一标准进行无差别固化的方式，达到精细化控制IGBT模块固化过程的有益效果，提高了IGBT模块的固化效果以及质量。
本发明的固化方法通过第二温度下的再次固化加热能够更加准确地反馈IGBT模块的固化效果，在第二温度下IGBT模块的挥发性能发生较大程度的改变，若在第二温度下IGBT模块的挥发性副产物的速率达到预设值，则说明IGBT模块的固化达到标准。本发明在第二温度下的固化方法同样能够通过副产物的挥发速率来调整固化时间，使得IGBT模块的固化时间能够随不同批次或不同环境适应性改变，达到精细化控制IGBT模块固化过程的有益效果。
本发明的固化方法通过检测可挥发副产物浓度来反馈固化效果，其中还包括检测醇类物质的挥发浓度来反馈IGBT模块的固化效果。若醇类物质挥发浓度高于预设值，则表示密封胶内有效成分挥发过度，进而容易导致密封胶变性，最终影响固化效果和IGBT模块的使用性能。因此，本发明通过检测醇类物质的挥发浓度能够及时反馈IGBT模块的固化效果，能够在固化过程中检测出不合格产品，避免浪费后续工序，达到节约成本的有益效果。
实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
针对现有技术，本发明提出了一种IGBT模块固化方法，其中，IGBT模块包括：外壳、基板、IGBT芯片，所述外壳与基板通过密封胶固化的方式将IGBT芯片封装于所述外壳与基板组成的腔体内，以使得IGBT模块在使用过程中避免与空气直接接触，保证IGBT模块的气密性，防止潮湿气体或其他物质进入IGBT模块影响其使用性能。基于IGBT模块是由BJT（双极型三极管）和MOS（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点，IGBT模块能够具有更高的电压和电流处理能力，若由于IGBT模块的固化效果不佳就会导致固化处产生气泡或发生开裂，固化处产生的气泡可能在具有高电压、强电流的IGBT模块内导致气泡结构的尖端放电，进而可能进一步产生电火花，从而影响IGBT模块的使用寿命，或者固化处产生的气泡由于结构不均匀可能导致局部温度过高的现象，进而可能发生固化胶封的胶体发生融化，进一步增加固化处产生气泡或开裂的风险，导致IGBT模块使用寿命的缩短。另外，若由于IGBT模块的固化效果不佳导致固化处发生开裂的情况，则会导致外界气体能够通过开裂处进入IGBT模块内，若IGBT模块处于潮湿环境下，进入IGBT模块内的潮湿气体很容易造成短路，进而破坏IGBT模块并且缩短IGBT模块的使用寿命。因此，基于上述IGBT模块的特点以及IGBT模块固化过程对后续使用的重要影响，本发明提出了一种IGBT模块固化方法，其中，IGBT模块的固化过程至少包括以下步骤：
将涂覆密封胶的IGBT模块置于固化腔中加热到第一温度；
检测所述IGBT模块在第一温度下的硅氧烷挥发速率；
当所述IGBT模块在所述第一温度下的硅氧烷挥发速率减小至零时，将所述IGBT模块加热至第二温度，
检测所述IGBT模块在所述第二温度下的硅氧烷挥发速率；
在所述IGBT模块在所述第二温度下的硅氧烷挥发速率保持为零且超过预设时间阈值时，结束固化。
其中，所述IGBT模块在固化加热过程中，由第一温度转换为第二温度是基于固化检测过程中第一温度达到预设温度值以及在所述第一温度下检测到的硅氧烷挥发速率为零。
根据一种优选实施方式，本发明中涉及的IGBT模块包括：主端子、绝缘基板、树脂外盖、辅助端子、树脂外壳、IGBT芯片、FWD芯片。在固化过程中主要是完成IGBT模块树脂外壳与绝缘基板的固化连接，通过密封胶将IGBT模块的树脂外壳与绝缘基板进行粘接并通过加热固化实现二者之间的稳定连接关系，在通过加热固化将IGBT模块的外壳与基板进行连接粘接时，所述外壳与基板能够形成腔体，以使得IGBT芯片能够以隔绝外界环境的方式置于腔体内部。
根据一种优选实施方式，在将所述IGBT模块加热到第一温度之前还能够实施如下步骤：
蒸汽汽相加热除杂，通过将汽相清洗溶剂加热至沸腾，将沸腾的汽相清洗溶剂与具有环境温度的IGBT模块充分接触，进而达到清理IGBT模块外壳与基板上附着的油渍、杂物的效果，以使得粘接外壳与基板间的密封胶中没有杂质，避免在粘接和固化过程中由于杂质的存在而形成气泡，进一步避免了由于气泡导致IGBT模块使用性能下降的情况。具体地，在IGBT模块处于室温环境的情况下，向IGBT模块的固化室内通入汽相清洗溶剂，在高温汽相清洗溶剂接触到具有环境温度的IGBT模块中需要除杂的组件时，高温的汽相清洗溶剂能够冷凝在待除杂组件表面，以使得汽相清洗溶剂能够以液体形式与待除杂组件发生接触，在温度和重力作用下，IGBT模块中待除杂组件上的杂质能够跟随冷凝液化的清洗溶剂滴落，进而实现充分清洁IGBT模块的有益效果，并且采用蒸汽汽相除杂的方式能够有效循环利用清洗溶剂，进而能够高效去除IGBT模块中的杂质。优选地，蒸汽汽相除杂的工作温度为70±5℃，工作时间为1±0.5min，干燥时间为6±0.5min。
根据一种优选实施方式，在将涂覆密封胶的IGBT模块置于固化腔中加热到第一温度的过程中，采用相应的固化设备对IGBT模块进行加热处理，并在相应时间内对固化效果进行检测，所述固化效果能够通过可挥发性副产物的挥发速率来反馈。优选地，在本发明提出的IGBT模块的固化方法中，能够优先检测IGBT模块基板固化温度，在本发明的固化方法检测到基板固化温度达到第一温度的情况下，本发明才能够开始检测反馈固化效果的可挥发副产物的挥发速率，即本发明提出的IGBT模块固化方法中的信号检测具有优先级，在检测到当前加热温度达到第一温度的情况下，本发明才能够开始检测可挥发副产物的挥发速率。
根据一种优选实施方式，当前IGBT模块的加热温度能够通过IGBT模块基板下涂覆的可逆热变性材料所反馈，所述可逆热变性材料能够在温度高于预设阈值的情况下开始发色，所述发色是指可逆热变性材料从无色变为有色，所述可逆热变性材料能够在温度低于预设阈值的情况下开始脱色，所述脱色是指可逆热变性材料从有色变为无色。
在IGBT模块于第一温度下固化加热的过程中，本发明提出的IGBT模块固化方法能够检测可逆热变性材料的发色和脱色情况，并且将检测到的可逆热变性材料的发色情况和脱色情况作为反馈当前加热温度的信号，即在当前加热温度达到第一温度时，所述可逆热变性材料反馈发色信号，当前加热温度未达到第一温度时，所述可逆热变性材料反馈脱色信号。优选地，为使可逆热变性材料能够具有变色性能，可逆热变色性组成材料中能够包含电子给予性呈色性有机化合物（发色剂）、电子接收性化合物（显色剂）及变色温度调整剂。例如，在可逆热变色性组成材料中，作为其他的成分，可包含紫外线吸收剂、红外线吸收剂、氧化防止剂、非热变色性颜料、非变色性染料、荧光增白剂、表面活性剂、消泡剂、流平剂、溶剂、增稠剂等。进一步地，在本发明提出的IGBT模块的固化方法中，IGBT模块固化的第一温度约为100℃～160℃。较佳地，第一温度约为120℃～150℃。进一步地，IGBT模块于第一温度下所需的固化时长约为5min～15min。基于本发明IGBT模块固化过程中所需的固化温度，本发明中所采用的可逆热变性材料能够设置为在高于130℃的情况下可逆热变性材料开始发生发色，在低于130℃的情况下可逆热变性材料开始发生脱色。在进行IGBT模块于第一温度下固化加热过程中，操作人员能够通过直接观察或通过反射原理观察可逆热变性材料的变色过程，进而方便操作人员直观了解到固化过程的温度情况以及固化过程的进展情况，进而根据可逆热变性材料的变色情况清楚、直接地知晓固化过程是否处于正常状态，避免由于加热设备的故障导致加热温度不能达到预设的变色温度而不被及时发现的现象。
根据一种优选实施方式，本发明能够通过红外线热成像仪实现IGBT模块基板上温度的测量，即本发明能够根据IGBT模块基板上热辐射程度反馈固化过程的温度状态。由于物体的温度越高红外线辐射能量越强，即物体的温度越高其辐射出的峰值波长越短，进而根据维恩位移定律能够计算出物体表面温度。进一步地，本发明提出的IGBT模块的固化方法能够根据红外线热成像仪所反馈的IGBT模块基板的测量温度进行信号反馈，将红外线热成像仪所检测到的温度通过信号的方式反馈给控温单元，控温单元根据测量值和预设值的对比来实现升温或降温操作。在使用红外线热成像仪完成固化过程中IGBT模块基板的温度测量过程中，还能够根据红外线热成像图片中基板与外壳之间图像的色差程度，即局部温度差异程度来反馈固化效果。若红外线热成像图片中基板与外壳之间的密封胶固化效果良好，没有产生裂口或气泡，则相应的红外线热成像图片中的温度差异就相对细微；若红外线热成像图片中基板与外壳之间产生裂口或气泡，则在固化加热过程中，瑕疵部位的密封胶受热不均，进而反馈为红外线热成像图片中温度的较大差异或跳动。通过红外线热成像一方面能够实时监测IGBT模块基板的固化温度，一方面能够通过红外线热成像图片反馈当前的IGBT模块固化效果，进而能够及时发现问题，提前部署解决方案，实现全流程监测IGBT模块固化效果、灵活调整固化方案的有益效果。
根据一种优选实施方式，本发明能够通过IGBT模块基板上可逆热变性材料的光反射率反馈固化效果。本发明IGBT模块基板上涂覆的可逆热变性材料能够根据温度的改变而具有可逆的发色和脱色过程，在上述可逆的发色和脱色过程中，可逆热变性材料的光反射率能够根据自身颜色的变化而发生改变，进而在本发明IGBT模块的固化方法中能够将可逆热变性材料的光反射率作为温度反馈信号，所述温度反馈信号不单指某一特定光反射率，而是符合条件区间内的任一反射率，即在固化温度没有达到预设温度的情况下，所检测到的所有可逆热变性材料的光反射率都能够被作为反馈未达到预设温度的信号；在固化温度达到预设温度的情况下，所检测到的所有可逆热变性材料的光反射率都能够被作为反馈达到预设温度的信号。优选地，所述可逆热变性材料的光反射率能够通过发射光源将光线作用于可逆热变性材料表面并通过可逆热变性材料反射得到，可选的，光反射率值包括：采用预设波长的光源检测所述光反射率值，所述预设波长包括100纳米至1000纳米。进一步地，本发明的IGBT模块的固化方法能够根据不同批次的可逆热变性材料的光学差异配置为不同区间的光反射率检测界限，并且不同区间的光反射率检测界限能够根据不同IGBT模块基板所涂覆的可逆热变性材料配置为特异性水平界限，即所述特异性水平界限能够根据不同IGBT模块基板所涂覆的可逆热变性材料的光学性能适应性调整。具体地，由于IGBT模块基板下涂覆的可逆热变性材料可能存在批间差异或者由于可逆热变性材料在生产运输过程中，因所处环境的温度、湿度等原因导致的化学性质的部分差异带来的光学性能上的改变，所以采用统一的光反射率变化区间来作为加热温度的判别标准存在误差，因此在对每一个IGBT模块基板下的可逆热变性材料进行光反射率检测时，本发明的IGBT模块的固化方法能够重新选定检测区间，即根据不同IGBT模块基板下的可逆热变性材料进行光反射率检测区间的特异性调整。在可逆热变性材料处于所处环境温度的情况下，本发明的IGBT模块固化方法能够将环境温度下的可逆热变性材料的光反射率作为检测低值，将处于固化目标温度上20℃的可逆热变性材料的光反射率作为检测高值，将可逆热变性材料处于固化目标温度时的光反射率作为温度检测拐点，以使得可逆热变性材料的检测区间能够特异性调整，避免了采用统一的检测拐点导致基板目标温度判别失误的现象。
根据一种优选实施方式，本发明能够通过IGBT模块固化过程中至少一种目标检测物的挥发速率来反馈固化效果，并且至少一种目标检测物的挥发速率与预设速率的差异程度能够反馈为当前固化效果。在IGBT模块固化过程中，IGBT模块经过持续加热直至上升到预设的第一温度，并且在达到第一温度后能够开始检测目标挥发物的挥发速率，通过目标挥发物的挥发速率与预设阈值的比较来调整第一温度下的固化加热时间。由于密封胶在固化过程中能够挥发出可挥发性副产物，其中包括硅氧烷、甲苯以及醇类物质，因此本发明能够通过检测固化过程中可挥发副产物的挥发速率来反馈当前的固化效果，优选地，本发明的目标检测物为硅氧烷，通过班宁传感公司的硅烷类传感器（SiH4 3E 50 LT）能够实现硅氧烷的检测。具体地，本发明能够检测单位时间内硅氧烷的产生量，通过绘制硅氧烷产生量与时间曲线得到硅氧烷的产生速率，进而能够与预设速率进行对比，在计算得到的硅氧烷产生速率达到零时，能够认为IGBT模块于第一温度下的固化达到预期效果。在本发明中，温度检测只作为判定固化过程结束的必要条件而不作为充要条件，即本发明判定固化过程的结束并不单以预设温度的到达及保持为标准，而是在达到固化过程的预设温度并保持一段时间的稳定后再通过至少一种目标检测物的挥发速率与预设速率的差异程度来综合判定固化过程的结束，进而能够避免传统IGBT模块固化过程中采用统一固化时间和标准作为判定IGBT模块固化完成的依据，保证了IGBT模块的固化效果，实现了IGBT模块固化过程中的精细化控制。
或者，本发明判定固化过程的结束需要先检测反馈固化温度的温度信号，在温度检测信号满足预设条件后再检测反馈目标物挥发速率，即在IGBT模块的固化过程中，只有在检测到温度信号满足预设条件的情况下，本发明IGBT模块的固化方法才能够检测对应的可挥发副产物的挥发速率，使得本发明的固化方法在检测目标信号的过程中能够节省系统资源，保证系统的工作效率。具体而言，在IGBT模块进行固化过程中，由于IGBT模块处于加热状态下，以使得IGBT模块基板与外壳之间的密封胶能够挥发出部分可挥发副产物（如硅氧烷、甲苯以及醇类物质），因此，本发明在检测到固化加热温度满足预设条件的前提下能够通过检测目标物的挥发速率来判定IGBT模块的固化是否达到期望目标。
进一步地，用于密封IGBT模块基板与外壳的密封胶一般选用含硅类密封胶，所述密封胶在固化加热过程中能够挥发可挥发性副产物（如硅氧烷、甲苯以及醇类物质），进而在本发明中，目标检测物质能够选定为硅氧烷的化合物，通过检测固化过程中的加热温度以及硅氧烷的挥发速率来判定固化过程的进程。具体地，在IGBT模块固化过程中，在检测到第一温度满足预设条件的前提下，本发明的IGBT模块的固化方法能够通过气体传感器检测气体中的硅氧烷含量，通过建立物质量与时间的相关曲线得出相关物质的挥发速率，并将检测到的挥发速率与预设值进行比较，在检测到固化温度达到第一温度的前提下，继续检测硅氧烷的挥发速率。在检测到硅氧烷的挥发速率为零的情况下，本发明能够进一步提高固化温度至第二温度，并在达到第二温度的情况下进一步检测硅氧烷的挥发速率，若在第二温度下硅氧烷的挥发速率减小至零并且保持上述状态超过预设时间阈值后，本发明能够结束固化进程。优选地，IGBT模块于第二温度下的固化时长约为30min～60min。优选地，时间阈值范围在5～10min，更优选地，所述时间阈值为五分钟。
具体地，在检测到固化温度达到第一温度且第一温度下的硅氧烷挥发速率减小至零的情况下，本发明还能够采取以下措施：通过继续升温至第二温度对IGBT模块继续进行固化加热，使得IGBT模块的第二温度高于第一温度的10℃～20℃，优选为10℃，并再一次检测目标物质的挥发速率，若检测到的目标物质的挥发速率仍为零并保持上述状态超过预设时间阈值后，本发明可以判定固化进程的结束。优选地，第二温度的区间为140℃～170℃，更优选为150℃。
在此应注意的是，本发明能够检测至少一种目标检测物的挥发速率与预设速率的差异程度，上述固化过程中检测的硅烷类化合物只是为了让读者更好地理解本发明的技术方案，并不对本发明技术方案中所述的至少一种目标检测物进行限制。
根据一种优选实施方式，本发明在固化过程中还能够检测醇类物质的浓度值来保证固化效果以及IGBT模块的使用性能。在IGBT模块固化过程中，若检测到醇类物质的浓度值高于预设值则停止继续加热，并且上述指令能够具有最高优先级。进一步地，本发明主要检测IGBT模块固化过程中挥发的乙醇浓度，由于密封胶中乙醇挥发过量会导致密封胶变性，进而影响IGBT模块的使用性能甚至使得IGBT模块失去使用价值。因此，IGBT模块固化过程中乙醇的挥发程度作为保证IGBT模块质量的重要指标。本发明能够在乙醇挥发浓度达到预设报警浓度时发生报警，进而使得操作者能够在固化过程中及时发现问题并解决，减少后续质检成本以及产品的报废率。具体地，本领域技术人员能够对密封胶样本在固化过程中产生的可挥发性副产物（如硅氧烷、甲苯以及醇类物质）进行全过程监测，进而得到正常固化条件下可挥发性副产物的浓度值并作为预设浓度值，在固化过程中若检测到可挥发性副产物的挥发浓度高于上述预设浓度，则本发明能够停止当前固化进程。例如，在固化过程中密封胶会释放醇类副产物，而醇类物质如乙醇，能够抑制挥发性副产物的形成，其能够与挥发性副产物中的有机物质发生反应，能够减少有害挥发性副产物的产生。若醇类物质挥发过度，导致密封胶内有效成分的流失造成固化效果达不到预期标准。进一步地，醇类物质常用作密封胶的溶剂并用于改善密封胶的加工性能，醇类物质能够作为载体使其他物质保持共存状态，进而促进密封胶的固化过程，起到对密封胶改性的作用，若在固化过程中醇类物质挥发过度会影响密封胶的固化过程，从而影响密封胶的物理性能，使得密封胶变得容易被破坏、变脆等等。因此，在固化过程中需要对可挥发性副产物进行检测，以保证IGBT模块的固化效果以及其后续的性能。
根据一种优选实施方式，本发明的IGBT模块基板下能够设置有温敏电阻，所述温敏电阻能够在其接触的温度高于自身的导通阈值时发生导通，所述温敏电阻在其接触的温度低于自身导通阈值的情况下呈现为断路状态。所述温敏电阻能够连接计时模块，在所述温敏电阻的电阻温度达到预设的导通温度时，所述温度电阻能够接通计时模块。在本发明中，所述温敏电阻的导通阈值能够设定为第一温度，即在IGBT模块温度达到第一温度时，温敏电阻能够导通并且接通计时模块进行计时，通过温敏电阻的设置能够及时记录IGBT模块达到第一温度后的有效加热时间，所述温敏电阻的设置能够直观反映有效加热时间的同时还具有一定的系统自检功能。例如，在固化过程中若计时模块一直处于未接通状态，则操作人员能够及时检查固化加热模块，实现整个系统的协调联动性。上述过程的计时自动化完全由温敏电阻的温敏特性实现，不需要在系统中单独设计计时模块，达到系统资源合理配置、节省算力的有益效果。
根据一种优选实施方式，在本发明IGBT模块的固化方法中，本发明能够在固化过程中通入不同状态的保护气体以使得保护气体能够对IGBT模块进行防氧化保护。在IGBT模块进行固化过程中，保护气体能够按照周期或者连续注入的方式围绕在IGBT模块附件，以使得IGBT模块中的焊点或芯片或引脚在固化加热过程中避免与空气中的氧气发生氧化反应，进而保证IGBT模块的使用性能。优选地，本发明所采用的保护气体能够为氮气，并且在第一温度的固化过程中，保护气体能够按照第一流速被注入IGBT模块中，在第二温度的固化过程中，保护气体能够按照第二流速被注入IGBT模块中。优选地，第一流速大于第二流速。具体而言，在IGBT模块的固化初期，即处于第一温度的固化阶段，IGBT模块内的杂质气体较多，因此注入较大流速的保护气体以使得IGBT模块内的杂质气体快速被冲散，以减小IGBT模块被残余气体氧化的概率。在IGBT模块的固化后期，即处于第二温度的固化阶段，由于IGBT模块内基本全部充盈有保护气体，因此注入流速较小较为缓和的保护气体以保持当前状态。
根据一种优选实施方式，本发明还提供一种IGBT模块的固化装置，包括：
固化腔，用于承载所述IGBT模块；
硅氧烷传感器，用于检测所述IGBT模块固化过程中产生的硅氧烷；
乙醇传感器，用于检测所述IGBT模块固化过程中产生的乙醇；
抓取装置，用于IGBT模块的转移；
控温单元，用于控制所述IGBT模块固化过程中的加热温度，所述装置被配置为：
将涂覆密封胶的IGBT模块置于固化腔中加热到第一温度；
检测所述IGBT模块在第一温度下的硅氧烷挥发速率；
当所述IGBT模块在所述第一温度下的硅氧烷挥发速率减小至零时，将所述IGBT模块加热至第二温度；
检测所述IGBT模块在所述第二温度下的硅氧烷挥发速率；
在所述IGBT模块在所述第二温度下的硅氧烷挥发速率保持为零且超过预设时间阈值时，结束固化。
优选地，所述固化装置能够在所述IGBT模块的固化过程中形成用于防止所述IGBT模块氧化的气体保护层。
优选地，待IGBT模块固化完成后，可利用抓取装置将固化后的IGBT模块拾取转移至封装工艺，并继续利用抓取装置抓取另一个待固化IGBT模块并装载于加热模块上，实现流水线加工。
需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。在全文中，“优选地”所引导的特征仅为一种可选方式，不应理解为必须设置，故此申请人保留随时放弃或删除相关优选特征之权利。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。
Claims (10)
1.一种IGBT模块固化方法，其特征在于，所述方法包括：
将涂覆密封胶的IGBT模块置于固化腔中加热到第一温度；
检测所述IGBT模块在所述第一温度下的硅氧烷挥发速率；
当所述IGBT模块在所述第一温度下的硅氧烷挥发速率减小至零时，将所述IGBT模块加热至第二温度；
检测所述IGBT模块在所述第二温度下的硅氧烷挥发速率；
在所述IGBT模块在所述第二温度下的硅氧烷挥发速率保持为零且超过预设时间阈值时，结束固化。
2.根据权利要求1所述的IGBT模块固化方法，其特征在于，所述第一温度的区间为120℃～150℃。
3.根据权利要求1或2所述的IGBT模块固化方法，其特征在于，所述第二温度的区间为140℃～170℃。
4.根据权利要求3所述的IGBT模块固化方法，其特征在于，第一、第二温度之间的差值控制在10℃～20℃。
5.根据权利要求1所述的IGBT模块固化方法，其特征在于，所述预设时间的阈值范围为5～10min。
6.根据权利要求1所述的IGBT模块固化方法，其特征在于，检测固化过程中乙醇的挥发浓度，在所述乙醇的挥发浓度高于预设值的情况下，结束所述固化过程。
7.根据权利要求6所述的IGBT模块固化方法，其特征在于，在所述IGBT模块的固化过程中形成用于防止所述IGBT模块氧化的气体保护层。
8.一种IGBT模块的固化装置，包括：
固化腔，用于承载IGBT模块；
硅氧烷传感器，用于检测所述IGBT模块固化过程中产生的硅氧烷；
控温单元，用于控制所述IGBT模块固化过程中的加热温度；
其特征在于，所述装置被配置为：采用前述任一权利要求所述的固化方法，所述方法包括：
将涂覆密封胶的IGBT模块置于固化腔中加热到第一温度；
检测所述IGBT模块在所述第一温度下的硅氧烷挥发速率；
当所述IGBT模块在所述第一温度下的硅氧烷挥发速率减小至零时，将所述IGBT模块加热至第二温度；
检测所述IGBT模块在所述第二温度下的硅氧烷挥发速率；
在所述IGBT模块在所述第二温度下的硅氧烷挥发速率保持为零且超过预设时间阈值时，结束固化。
9.根据权利要求8所述的固化设备，其特征在于，所述固化设备还配置有乙醇传感器，以使得在所述乙醇传感器检测到的乙醇挥发浓度高于预设值的情况下，所述固化设备能够停止固化进程。
10.根据权利要求8或9所述的固化设备，其特征在于，所述固化设备能够在所述IGBT模块的固化过程中形成用于防止所述IGBT模块氧化的气体保护层。
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