IGBT由于非常優(yōu)越的大功率、高壓大電流的性能，廣泛地應用在各個領域里，根據(jù)電壓和電流大小，廣泛地應用在消費電子、新能源以及電機控制、家用電器，更高端應用還有智能電網(wǎng)和軌道交通、動力發(fā)電等方面。
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IGBT應用方式和封裝要求
根據(jù)IGBT不同的應用，形態(tài)可以是單管的封裝，也可以是模塊的封裝。不論是單管還是模塊封裝，應用時IGBT需要和快恢復二極管（簡稱FRD）配對使用，因為IGBT在應用時，它的負載基本是感性的負載，這個感性的負載在IGBT關斷的時候會產(chǎn)生很大的反向的電流，需要在IGBT的兩端并聯(lián)一個快速恢復二極管來消納反向電流。
所以 IGBT 單管里封裝有IGBT芯片和FRD芯片兩個芯片。在IGBT單管封裝工藝流程中，芯片在晶圓上做好劃片之后，要通過粘片設備把芯片從晶圓轉(zhuǎn)移到到框架（或稱作基板）上進行粘接，然后通過壓焊進行連線，再進行最后的塑封等過程。
IGBT單管封裝粘片工藝及其問題
就粘片工藝和設備來說，晶圓劃片后通過粘片機把芯片挑起，轉(zhuǎn)移到框架上面，框架上事先涂好了焊接材料，也就是一般的焊錫。
傳統(tǒng)的IGBT單管封裝需要兩臺粘片設備來依次完成IGBT和FRD芯片的粘片。其工藝步驟是先把框架進行加熱，涂上焊錫，然后在第一臺粘片機上進行IGBT芯片粘片，待框架降溫后，再進入第二臺粘片機進行FRD芯片粘片，重復加熱、涂焊料、粘接芯片的步驟。
圖??傳統(tǒng)IGBT單管封裝粘片工藝流程
傳統(tǒng)的IGBT單管封裝粘片工藝方法存在一些問題：
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在粘片過程中，框架需要經(jīng)過兩次加熱，若采用同樣熔點的焊錫，則粘第二顆芯片時，會導致第一顆芯片焊錫的融化，從而導致位置偏移、焊錫厚度不均勻、增加氣泡等問題。若采用更低熔點的焊錫粘接第二顆芯片，則會增加串聯(lián)電阻，影響使用；
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框架經(jīng)過兩次升降溫，會造成物理機械性能上的影響，升溫降溫過程中的熱脹冷縮可能會造成框架的變形，若變形量過大，影響第二次粘片后的過片，造成卡料而報廢；框架頭（IGBT芯片和快恢復二極管芯片所在位置）經(jīng)過熱脹冷縮后產(chǎn)生變形，造成注塑后露銅問題，在應用時可能會導致短路。
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兩臺粘片設備會導致設備成本、能耗增加、占用廠房面積和操作人員的增加。
IGBT單管封裝雙芯片粘片工藝
如果能在同一臺粘片設備同時完成IGBT芯片和FRD芯片粘片，在框架上加熱以后，同時在兩個位置涂覆焊錫，然后將IGBT芯片和FRD芯片同時粘接上去，就可以避免傳統(tǒng)粘片方式造成的問題：
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兩顆芯片同時粘，可以采用同樣熔點的焊錫，粘第二顆芯片時不會引起第一顆芯片位置偏移，焊錫厚度均勻，空洞率低；
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框架只經(jīng)過一次升降溫過程，不易因框架變形而影響第二顆粘片時的過片，造成卡料報廢，不易使框架頭變形，造成露銅問題；
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減少廠房占地面積和操作人員。
針對IGBT單管封裝需求，立德智興開發(fā)了雙芯片粘片機，一臺設備完成兩臺設備的功能并提高封裝質(zhì)量。雙芯片粘片機可以一次性將IGBT芯片和FRD芯片粘接到框架上。如下圖所示，粘片機設有一個中轉(zhuǎn)工作臺，位于FRD芯片的上方，通過擺臂機構(gòu)將IGBT晶圓上的芯片轉(zhuǎn)移到中轉(zhuǎn)工作臺上，然后用兩個吸嘴同時吸取第二個晶圓上的FRD芯片以及中轉(zhuǎn)工作臺上的IGBT芯片，粘接到已經(jīng)涂好焊錫的框架上，實現(xiàn)一次性將兩顆芯片同時粘片。
圖???雙芯片粘片機獨特的中轉(zhuǎn)工作臺設計
除了獨特的中轉(zhuǎn)工作臺的設計之外，立德智興在粘片機的上還有更多設計考慮，單臺設備實現(xiàn)高效高質(zhì)量IGBT封裝粘片：
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采用計算機控制的伺服電機系統(tǒng)，運用擺臂+三軸聯(lián)動配合的方式，同時實現(xiàn)兩種不同芯片的高精度鍵合功能；
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優(yōu)越的結(jié)構(gòu)設計：兩套獨立芯片工作臺機構(gòu)，一次加熱完成兩顆不同類型芯片的粘片工藝；
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優(yōu)越的過程控制：圖像識別和自動尋位、θ角度修正技術，提高了粘片的靈活性、穩(wěn)定性；
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可調(diào)氣體保護：升級版多溫區(qū)可調(diào)節(jié)氣體保護裝置；
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可調(diào)焊接壓力：音圈電機實現(xiàn)壓力無級電動調(diào)節(jié)；
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自動送料、過料、收料；
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采用計算機控制，全中文操作界面，更精確、方便的操作；
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支持Mapping文件；
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合理的占地面積3.1M 2。
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生產(chǎn)速度UPH視具體產(chǎn)品來看，TO247為2000/小時，TO220為3000/小時；
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固晶后實測粘片位置精度可以控制在±70μm，偏轉(zhuǎn)角度控制在±2°以內(nèi)；
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焊錫層厚度在20μm-75μm范圍內(nèi)可調(diào)節(jié)，極差≤40μm；
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值得一提的是，為了能夠達到高效、高精度的粘片工藝，立德智興的雙芯片粘片機采用了 1280×1024 像素的圖像識別系統(tǒng)，識別精度可以做到±2μm，保證粘片的需求。
綜合來看，立德智興雙芯片粘片機實現(xiàn)了一臺設備完成兩臺的功能，提高封裝質(zhì)量，特別適合IGBT單管封裝。
本文由立德智興 CTO 李元雄博士《雙芯片粘片工藝與設備助力優(yōu)質(zhì)高效IGBT封裝》主題報告分享整理，關注公眾號，回復關鍵詞：20230629，即可查看演講視頻，下載演講資料。
原文始發(fā)于微信公眾號（艾邦半導體網(wǎng)）：雙芯片粘片工藝實現(xiàn)IGBT單管優(yōu)質(zhì)高效封裝
