专利名称：Igbt模块封装设备、系统及方法
技术领域：
本发明涉及半导体封装技术，尤其涉及一种IGBT模块封装设备、系统及方法。
背景技术：
随着中国经济的高速发展，高铁、地铁、城市轨道交通、风电、太阳能、清洁能源等领域均在不断发展，在这些领域中，绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor，以下简称IGBT)模块被广泛的应用于这些领域的逆变装置中。随着科学技术的发展，高技术含量、结构复杂的变流装置专业化分工极强、更加趋于模块化。如此大规模的模块化部件生产，对IGBT模块在产品一致性及可靠性等方面要求极高。在IGBT模块封装生产中，已广泛采用硅凝胶等材料对IGBT模块内部元件进行整体灌封，强化电子器件的整体性，提高对外来冲击、震动的抵抗力，提高内部元件、线路间绝缘性能，有利于器件向小型化、轻量化发展，同时避免元件、线路等直接暴露于空气中，改善器件的防水、防潮性能，提升产品质量。硅凝胶灌封的传统工艺是将液态硅凝胶复合物用手工或者机械方式灌入装有电子元件、线路的器件内，在常温或加热条件下固化成为性能优异的热固性高分子绝缘材料。液态硅凝胶复合物包括A组分和B组分，其中A组分为基料，B组分为催化剂。参见图1a和图lb，以某型号的IGBT模块为例，IGBT模块具有底板1，设置在底板I上的绝缘基板3，设置在绝缘基板3上的芯片4，扣设在该底板I上的外壳2。绝缘基板3和芯片4都位于外壳2和底板I围成的腔体内。另外，腔体内除绝缘基板3和芯片4之外的空腔都用于容置液态硅凝胶复合物20。外壳2上开设两个灌封口 5，用于灌入液态硅凝胶复合物20。现有硅凝胶灌封方法如下:首先，人工方式调制A组分和B组分的比例，制成液态硅凝胶复合物；其次，采用手工方式将液态硅凝胶复合物从灌封口灌入到IGBT模块内部。
现有硅凝胶灌封方法，在混合时基料和催化剂，基料和催化剂的比例很难准确控制，而比例失调会严重影响封装完成后IGBT模块的性能。
发明内容
本发明提供一种IGBT模块封装设备、系统及方法，用于优化现有IGBT模块的性倉泛。本发明提供了一种IGBT模块封装设备，其中，包括:第一活塞,具有第一活塞杆和第一缸体，所述第一缸体上开设有第一进料口和第一出料口，所述第一缸体用于容置基料；第二活塞，具有第二活塞杆和第二缸体，所述第二缸体上开设有第二进料口和第二出料口，所述第二缸体用于容置催化剂；压块，与所述第一活塞杆和第二活塞杆固定，以在所述压块的带动下，使所述第一活塞杆和第二活塞杆同时上升或下降； 混胶管，具有相互贯通的入口和出口，所述入口与所述第一出料口和第二出料口连通，所述出口用于输出液态硅凝胶复合物，其中，液态硅凝胶复合物为混合好的基料和催化剂。本发明还提供了一种IGBT模块封装系统，其种:包括真空腔室，所述真空腔室内设置有载物台以及本发明任一所述的IGBT模块封装设备，所述载物台用于承载待封装的IGBT模块，所述IGBT模块封装设备用于向所述IGBT模块的空腔中注入液态硅凝胶复合物。本发明又提供了一种IGBT模块封装方法，其中，包括:在真空环境中，使用本发明任一所述的IGBT模块封装设备向IGBT模块的空腔中注入液态硅凝胶复合物，其中，液态硅凝胶复合物为混合好的基料和催化剂；在IGBT模块的空腔中填满所述液态硅凝胶复合物后，将IGBT模块在真空环境中保持设定的时间。本发明提供的IGBT模块封装设备、系统及方法，其中，使用IGBT模块封装设备进行封装可以精确控制基料和催化剂的体积比，且便于进行大批量、规范化和精细化生产，大批量产品性能指标一致、重复性好、质量可靠。
图1a为IGBT模块结构示意图；图1b为图1a的剖视图；图2为本发明实施例一提供的IGBT模块封装设备结构示意图。图3为本发明实施·例三提供的IGBT模块封装方法流程图；图4为本发明实施例四提供的IGBT模块封装方法流程图。附图标记:1-底板；2-外壳；3-绝缘基板；4-芯片；5-灌封口 ；6-第一活塞；7-第二活塞； 8-压块；9-混胶管；61-第一活塞杆；62-第一缸体；621-第一进料口；622-第一出料口；71-第二活塞杆；72-第二缸体；721-第二进料口 ；722_ 第二出料口 ；91_ 入口 ；92-出口；10-第一料筒；11-第二料筒； 20-液态硅凝胶复合物。
具体实施例方式图2为本发明实施例一提供的IGBT模块封装设备结构示意图。参见图2,本发明实施例一提供一种IGBT模块封装设备,其包括第一活塞6、第二活塞7、压块8和混胶管9 ;第一活塞6具有第一活塞杆61和第一缸体62,第一缸体62上开设有第一进料口 621和第一出料口 622，第一缸体62用于容置基料；第二活塞7具有第二活塞杆71和第二缸体72，第二缸体72上开设有第二进料口 721和第二出料口 722，第二缸体72用于容置催化剂；压块8与第一活塞杆61和第二活塞杆71固定，以在压块8的带动下，使第一活塞杆61和第二活塞杆71同时上升或下降；混胶管9具有相互贯通的入口91和出口 92，入口 91与第一出料口 622和第二出料口 722连通，出口 92用于输出液态硅凝胶复合物，其中，液态硅凝胶复合物为混合好的基料和催化剂。混胶管只有一个出口，当IGBT模块具有多个灌封口时，混胶管不动，调整IGBT模块的位置，以实现从多个灌封口中灌入液态硅凝胶复合物。采用上述IGBT模块封装设备的好处在于，整个设备较宜置于真空环境中，以便于进行真空环境下的封装；另外，使用上述设备之后，基料和催化剂在混胶管中混合，然后注入IGBT模块的空腔内，提高了 IGBT模块封装的自动化程度；最后，由于第一活塞和第二活塞内部缸体的容积是一定的，只要合理设置第一缸体和第二缸体的体积比，就能确保基料和催化剂的比例准确，保证了液态硅凝胶复合物的性能。进一步地，混胶管9内部为螺旋状，且沿着从入口 91到出口 92的方向，螺旋越来越密集。混胶管内部设置为螺旋状，是为了更均匀的混合基料和催化剂，确保基料和催化剂能够充分混合，保证了液态硅凝胶复合物的性能。参见图2，进一步地，IGBT模块封装设备还包括第一料筒10和第二料筒11 ;第一料筒10与第一进料口 621连通，用于向第一缸体62中输入基料；第二料筒11与第二进料口 721连通，用于向第二缸体72中输入催化剂。
设置第一料筒和第二料筒是为了方便向第一缸体和第二缸体内部输入基料和催化剂。目前，行业标准内基料和催化剂的混合比例为1: 1.3，故本实施例中，第一料筒和第二料筒内能容置物料的体积比为1: 1.3。参见图2,第一活塞杆61和第二活塞杆71运动到最上部时,第一缸体62内充满基料，第二缸体72内充满催化剂，此时基料与催化剂的体积比为1: 1.3，在第一活塞杆61和第二活塞杆71同时向下运动时，基料与催化剂总是按照此比例进入到混胶管9中。上述技术方案提供的IGBT模块封装设备，便于进行大批量、规范化和精细化生产，且大批量产品性能指标一致、重复性好、质量可靠。另外，基料和催化剂的配比能够准确控制，且能进行自动灌封，IGBT模块封装效率高。本实施例提供的IGBT模块封装设备，可以根据基料和催化剂的组分特性以及产品性能要求，设定最恰当的配比参数，从而确定第一活塞和第二活塞的容积比。混胶管能够有效保证基料和催化剂混合的均匀性，从而保证基料和催化剂聚合后的硬度、弹性和附着性，保证了封装完成后的产品质量。最后，使用本实施例提供的IGBT模块封装设备，能够有效进行产品的批量生产，且可保证批量灌封质量的一致性。本发明实施例二还提供一种IGBT模块封装系统，其包括真空腔室，所述真空腔室内设置有载物台以及本发明任意实施例所述的IGBT模块封装设备，载物台用于承载待封装的IGBT模块，IGBT模块封装设备用于向所述IGBT模块的空腔中注入液态硅凝胶复合物。真空腔室为IGBT模块和IGBT模块封装设备提供了一个真空环境，使得IGBT模块在封装过程中可以避免惨杂空气，保证了封装完成后IGBT I旲块的性能。图3为本发明实施例三提供的IGBT模块封装方法流程图。参见图3，本发明实施例三提供一种IGBT模块封装方法，其包括以下步骤:步骤S1、在真空环境中，使用本发明任意实施例所述的IGBT模块封装设备向IGBT模块的空腔中注入液态硅凝胶复合物，其中，液态硅凝胶复合物为混合好的基料和催化剂；步骤SI中，在真空环境中，使用本发明任意实施例所述的IGBT模块封装设备，由于IGBT模块封装设备具有第一活塞和第二活塞，通过设置第一活塞和第二活塞的体积比值就能精确控制基料和催化剂的比例，从而能够保证封装完成后IGBT模块的性能。液态硅凝胶复合物可以提前混合好，然后置入真空环境进行灌装，也可以在真空中进行混合后灌装。步骤S2、在IGBT模块的空腔中填满所述液态硅凝胶复合物后，将IGBT模块在真空环境中保持设定的时间。步骤S2的作用是消除IGBT模块内部液态硅凝胶复合物中可能掺杂的空气。上述技术方案，在真空中封装IGBT模块，由于大气压强的作用，液态硅凝胶复合物中掺杂的空气会释放出来；在填满液态硅凝胶复合物后，将IGBT模块在真空环境中保持设定的时间，也由于大气压强的作用，可以进一步消除液态硅凝胶复合物中可能掺杂的空气，所以上述两个步骤都可以有效消除液态硅凝胶复合物中掺杂的空气，提高IGBT模块整体的性能。采用上述方法灌装的IGBT模块，产品性能指标一致、重复性好、质量可靠。图4为本发明实施例四提供的IGBT模块封装方法流程图。参见图4，本发明实施二在实施例三的技术方案基础之上，优选的是，步骤SI包括如下步骤:步骤Slljf IG BT模块放置在真空环境中；步骤S11中，可以先将IGBT模块放置在封闭的空间内，再抽出空间内的空气。步骤S12、以多次灌封的方式经由灌封口向IGBT模块灌入液态硅凝胶复合物，其中，每两次灌封之间的时间间隔为30秒-60秒。实际应用中，某些型号IGBT模块的外壳上可能开设有不止一个灌封口，此时可选的是，灌封口的数量为多个，每次灌封时，依次从各灌封口中灌入液态硅凝胶复合物，以设置有M灌封口和N灌封口，以灌封五次为例,灌封过程如下:每次灌封操作都为:先从M灌封口注入液态硅凝胶复合物，灌入的量可以为总待灌量的1/10 ;再从N灌封口注入液态硅凝胶复合物，灌入的量可以同上。上述灌封操作进行五次，以完成液态硅凝胶复合物的注入操作。为了保证IGBT模块封装效果，进一步地，真空环境的真空度为5mbar_IOOmbarJ^度为 15°C -30°C。在灌封过程中，基料、催化剂以及环境温度的控制也是灌封工艺的关键，基料和催化剂混合后聚合发生时间和速度是温度的函数，即灌封材料有效期的长短与温度相关。因此需要将灌封环境的温度应控制在合适的范围，以便在灌封有效期内完成，避免影响灌封质量。灌封过程要全程高真空,真空度选择范围5mbar-100mbar,杜绝设备中的空气混入硅凝胶。需要说明的是，在灌封IGBT模块时，要根据实际情况制作研发合适的工装，对便于对IGBT模块进行精确定位，在IGBT模块上设置合理的灌封口，也可保证模块灌封硅凝胶不出现死角。具体地，IGBT模块在真空环境中保持的时间可为15分钟-25分钟。上述保持时间即可以充分排出液态硅凝胶复合物的空气，又不至于过于延长封装时间，影响封装效率。上述技术方案提供的IGBT模块封装方法，采用多次灌封，这样能够保证液态硅凝胶复合物在IGBT模块内部的均匀灌封，完全覆盖芯片等器件，保证产品的电气性能。在完成IGBT模块灌封液态硅凝胶复合物之后，将模块在真空环境中继续存放一定的时间，确保了液态硅凝胶复合物中没有混入空气。最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可 以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
权利要求
1.一种IGBT模块封装设备，其特征在于，包括: 第一活塞，具有第一活塞杆和第一缸体，所述第一缸体上开设有第一进料口和第一出料口，所述第一缸体用于容置基料； 第二活塞，具有第二活塞杆和第二缸体，所述第二缸体上开设有第二进料口和第二出料口，所述第二缸体用于容置催化剂； 压块，与所述第一活塞杆和第二活塞杆固定，以在所述压块的带动下，使所述第一活塞杆和第二活塞杆同时上升或下降； 混胶管，具有相互贯通的入口和出口，所述入口与所述第一出料口和第二出料口连通，所述出口用于输出液态硅凝胶复合物，其中，液态硅凝胶复合物为混合好的基料和催化剂。
2.根据权利要求1所述的IGBT模块封装设备，其特征在于， 所述混胶管内部为螺旋状，且沿着从所述入口到出口的方向，螺旋越来越密集。
3.根据权利要求1所述的IGBT模块封装设备，其特征在于，还包括: 第一料筒，与所述第一进料口连通，用于向所述第一缸体中输入所述基料； 第二料筒，与所述第二进料口连通，用于向所述第二缸体中输入所述催化剂。
4.根据权利要求3所述的IGBT模块封装设备，其特征在于， 第一料筒和第二料筒内能容置物料的体积比为1: 1.3。
5.一种IGB T模块封装系统，其特征在于: 包括真空腔室，所述真空腔室内设置有载物台以及权利要求1-4任一所述的IGBT模块封装设备，所述载物台用于承载待封装的IGBT模块，所述IGBT模块封装设备用于向所述IGBT模块的空腔中注入液态硅凝胶复合物。
6.一种IGBT模块封装方法，其特征在于，包括: 在真空环境中，使用权利要求1-4任一所述的IGBT模块封装设备向IGBT模块的空腔中注入液态硅凝胶复合物，其中，液态硅凝胶复合物为混合好的基料和催化剂； 在IGBT模块的空腔中填满所述液态硅凝胶复合物后，将IGBT模块在真空环境中保持设定的时间。
7.根据权利要求6所述的IGBT模块封装方法，其特征在于，所述在真空环境中，向IGBT模块的空腔中注入液态硅凝胶复合物包括: 将IGBT模块放置在真空环境中； 以多次灌封的方式经由灌封口向IGBT模块灌入液态硅凝胶复合物，其中，每两次灌封之间的时间间隔为30秒-60秒。
8.根据权利要求7所述的IGBT模块封装方法，其特征在于， 所述灌封口的数量为多个，每次灌封时，依次从各灌封口中灌入所述液态硅凝胶复合物。
9.根据权利要求7所述的IGBT模块封装方法，其特征在于， 所述真空环境的真空度为5mbar-1OOmbar，温度为15°C _30°C。
10.根据权利要求6所述的IGBT模块封装方法，其特征在于，所述设定的时间为15分钟-25分钟。
全文摘要
本发明提供一种IGBT模块封装设备、系统及方法，其中设备包括第一活塞，具有第一活塞杆和第一缸体，第一缸体上开设有第一进料口和第一出料口，第一缸体用于容置基料；第二活塞，具有第二活塞杆和第二缸体，第二缸体上开设有第二进料口和第二出料口，第二缸体用于容置催化剂；压块，与第一活塞杆和第二活塞杆固定，以在压块的带动下，使第一活塞杆和第二活塞杆同时上升或下降；混胶管，具有相互贯通的入口和出口，入口与第一出料口和第二出料口连通，出口用于输出液态硅凝胶复合物。使用IGBT模块封装设备进行封装可以精确控制基料和催化剂的体积比，且便于进行大批量、规范化和精细化生产，大批量产品性能指标一致、重复性好、质量可靠。
文档编号H01L21/56GK103247540SQ20121002760
公开日2013年8月14日 申请日期2012年2月8日 优先权日2012年2月8日
发明者李先亮 申请人:西安永电电气有限责任公司