X射線在IGBT模塊內(nèi)部檢測的應(yīng)用

IGBT全名叫絕緣柵雙極型晶體管，被稱為電子行業(yè)里的“CPU”，是由雙極晶體管和絕緣柵場效應(yīng)晶體管組成的復(fù)合徹底受控電壓驅(qū)動功率半導(dǎo)體器材。IGBT具有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降的優(yōu)點(diǎn)，且開關(guān)速度快，通態(tài)電壓低、阻斷電壓高、承受電流大，熱穩(wěn)定性良好，已經(jīng)成為當(dāng)今功率半導(dǎo)體器件開發(fā)的主流。

IGBT模塊是由IGBT（絕緣柵雙極型晶體管芯片）與FWD（續(xù)流二極管芯片）通過特定的電路橋接封裝而成的頻率略低、功率較高的電子元器件，目前封裝后的IGBT模塊直接集中應(yīng)用于焊機(jī)、逆變器、變頻器、電鍍電解電源、超音頻感應(yīng)加熱、USB不間斷電源等領(lǐng)域。而且，IGBT還具有節(jié)能穩(wěn)定的優(yōu)勢，是能源轉(zhuǎn)換和傳輸?shù)暮诵钠骷?，更被國家級?zhàn)略產(chǎn)業(yè)布局，如軌道交通、智能網(wǎng)建設(shè)、航空航天以及新能源領(lǐng)域。目前國內(nèi)IGBT產(chǎn)業(yè)相對薄弱，但處在快速發(fā)展階段，已經(jīng)形成了相對完整的IGBT產(chǎn)業(yè)鏈。

IGBT模塊生產(chǎn)工藝過程涉及許多環(huán)節(jié)。在真空回流焊接過程中，芯片與直接鍵合銅（DBC）基板上的銅層之間的焊料層以及DBC下部銅層與模塊底板之間的焊料層由于工藝限制，焊料層將會存在空洞。焊料層的空洞缺陷也會出現(xiàn)在貼裝工藝步驟中。IGBT模塊在使用期間，空洞會不穩(wěn)定，由于材料熱膨脹系數(shù)（CTE，熱膨脹系數(shù)）的不匹配，在工作過程中模塊溫度變化時(shí)會產(chǎn)生熱應(yīng)力，從而進(jìn)一步擴(kuò)大空洞，甚至導(dǎo)致相鄰的空洞連接成一片，使得焊料層分層，從而導(dǎo)致模塊的功能失效。因此，空洞的存在極大地影響了模塊的熱性能，這使得模塊的熱阻增加，散熱性能下降，器件的局部溫度升高甚至焊料層和基板分層等故障會進(jìn)一步降低模塊的可靠性和使用壽命。

那么如何在封裝過程中實(shí)現(xiàn)對IGBT模塊檢測、阻斷存在缺陷的IGBT模塊進(jìn)入后序工序，從而降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品的質(zhì)量、避免使用存在缺陷的IGBT模塊造成重大損失就成為行業(yè)急需解決的難題。

對于IGBT模塊，模塊的外部是外殼和金屬端子。不僅有芯片，而且還有鍵合線、絕緣陶瓷基板和焊接層，統(tǒng)稱為機(jī)械連接。為了保證產(chǎn)品的耐用性，即產(chǎn)品的使用壽命，IGBT模塊制造商將在產(chǎn)品最終確定之前進(jìn)行一系列可靠性測試，以確保產(chǎn)品的長期耐用性。

而IGBT模塊的內(nèi)部由MOSFET和BJT組成，該產(chǎn)品極易發(fā)生靜電擊穿和過電應(yīng)力破壞，裝置的安裝面暴露在空氣中，極易氧化，影響后續(xù)安裝和使用。IGBT模塊的封閉性就導(dǎo)致了對其工藝檢測的難度，內(nèi)部缺陷只能通過無損檢測的方式進(jìn)行，必須采用專用的檢測手段進(jìn)行篩選及防護(hù)。

X-ray（X射線）能夠?qū)GBT進(jìn)行無損檢測成像，射線能夠穿透IGBT模塊的散熱片對齊內(nèi)部進(jìn)行成像來完成有效檢測，從而直觀產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)，通過對產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分析來快速鎖定缺陷位置與受損面積尺寸等，目前在半導(dǎo)體檢測領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛。

X-ray檢測的最大優(yōu)勢在于檢測結(jié)果直觀，經(jīng)過圖像展示IGBT內(nèi)部的缺點(diǎn)，軟件自動識別判定更是提高了X-ray檢測的準(zhǔn)確率，降低了人工的誤判率，在IGBT出產(chǎn)制作過程中既確保了產(chǎn)品質(zhì)量又在研發(fā)規(guī)劃階段供給了可靠的改善依據(jù)。

同時(shí)，X-ray檢測設(shè)備采用X射線透射原理對IGBT模塊進(jìn)行檢測，不需要額外成本，檢測快捷而準(zhǔn)確，能夠大批量檢測IGBT模塊。比如檢測IGBT在陶瓷面板上的焊接空洞比例、焊點(diǎn)虛焊情況，即使體積很小，但高分辨率高放大倍率圖像可以清晰的呈現(xiàn)焊接存在的各種缺陷，通過設(shè)備軟件設(shè)定，自動判斷不良品，及時(shí)將缺陷產(chǎn)品進(jìn)行返工，提高產(chǎn)品焊接質(zhì)量。

以電動汽車為例，IGBT在動力控制單元中，可以將高壓直流電轉(zhuǎn)換為三相電機(jī)的交流電，在車載充電器、電動助力轉(zhuǎn)向等高壓輔助控制器都會用到IGBT，整個(gè)線路中的焊接情況決定它的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，所以在IGBT焊接完成后需要使用X射線智能檢測裝備對焊點(diǎn)進(jìn)行檢測，保證這類關(guān)鍵芯片類產(chǎn)品的正常使用。

廣東正業(yè)科技股份有限公司創(chuàng)立于1997年，于2014年12月在深圳創(chuàng)業(yè)板上市（股票代碼：300410），是國家火炬計(jì)劃重點(diǎn)高新技術(shù)企業(yè)。公司位于廣東省東莞市松山湖園區(qū)，是一家專業(yè)從事工業(yè)檢測智能裝備的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售及技術(shù)服務(wù)于一體的高科技集團(tuán)企業(yè)。正業(yè)科技主要面向PCB、鋰電、平板顯示、半導(dǎo)體等行業(yè)制造廠商提供工業(yè)檢測智能裝備等相關(guān)產(chǎn)品和服務(wù)，在電子信息產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域被市場廣泛認(rèn)可，目前市場覆蓋全球數(shù)十個(gè)國家和地區(qū)，走出了單機(jī)離線檢測--自動化在線檢測--集成化解決方案--工業(yè)檢測智能產(chǎn)線的技術(shù)、產(chǎn)品發(fā)展之路。

日聯(lián)科技成立于2002年，主要從事X射線智能檢測裝備的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售與服務(wù)，為半導(dǎo)體集成電路、電子制造、新能源電池、鑄件焊件及材料檢測、異物檢測等領(lǐng)域的客戶提供了全方位的X射線智能檢測解決方案。目前已成為國內(nèi)從事精密X-ray技術(shù)研究和X-ray智能檢測裝備研發(fā)、制造的國家高新技術(shù)企業(yè)。

公司堅(jiān)持射線物理技術(shù)研究和X射線核心部件開發(fā)，研制出了中國首款封閉式熱陰極微焦點(diǎn)X射線源，已應(yīng)用于X射線智能檢測裝備中，其核心技術(shù)實(shí)現(xiàn)了自主可控、核心部件實(shí)現(xiàn)了進(jìn)口替代、X射線智能檢測裝備為國內(nèi)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用提供了重要保障。

銳影檢測科技（濟(jì)南）有限公司成立于2021年7月22日，專注于X射線精密無損檢測設(shè)備的研發(fā)、制造、銷售和租賃，同時(shí)提供檢測服務(wù)。公司源于中國科學(xué)院高能物理研究所，同時(shí)依托于濟(jì)南中科核技術(shù)研究院。公司核心團(tuán)隊(duì)曾多次獲得國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃及中國科學(xué)院科研裝備研制項(xiàng)目的支持，在X射線精密無損檢測領(lǐng)域有豐富的經(jīng)驗(yàn)。

卓茂光電科技（深圳）有限公司（簡稱“卓茂”）成立于2005年，坐落于深圳市寶安區(qū)，是一家集設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售于一體的專業(yè)X-RAY檢測設(shè)備、X-RAY點(diǎn)料機(jī)、智能倉儲設(shè)備與BGA返修臺的制造型企業(yè)。

卓茂采用國外進(jìn)口的射線源與探測器，通過自主研發(fā)與工藝加工的方式在國內(nèi)完成生產(chǎn)作業(yè)，目前研發(fā)部擁有20多位行業(yè)研發(fā)翹楚，在產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軟件研發(fā)上擁有非常豐富的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn), 先后在江蘇、臺灣、重慶、湖北、重慶等區(qū)域設(shè)立分廠或辦事處，并在短短數(shù)年內(nèi)就得到包括富士康、中興通訊、HTC、比亞迪、立訊精密、藍(lán)思科技、美新半導(dǎo)體、緯創(chuàng)資通、山水電子、中控智慧、株洲中車、聯(lián)合盛鑫、臺灣神準(zhǔn)、富強(qiáng)電子、福日電子、兆威股份、奇瑞汽車、偉創(chuàng)力、艾默生、三雄極光、創(chuàng)維電子等大品牌客戶的熱烈反饋。

瑞茂光學(xué)（深圳）有限公司（SXRAY）創(chuàng)建于2012年，現(xiàn)已高速發(fā)展成集設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、加工、貿(mào)易、工程為一體的大型專業(yè)X-RAY設(shè)備廠家。SXRAY瑞茂光學(xué)致力于工業(yè)X光機(jī)X-RAY無損檢測行業(yè)，具備自主研發(fā)的X-RAY系統(tǒng)程序，并通過技術(shù)銷售代表和分銷商網(wǎng)絡(luò)為制造業(yè)提供產(chǎn)品和服務(wù)。

素材來源：日聯(lián)科技、正業(yè)科技以及各個(gè)公司官網(wǎng)