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如何把控功率半导体键合质量?
点击:506来源: 明锐理想科技作者:明锐理想科技
时间:2023-11-03 16:27:46

随着全球减排大势趋强,以及我国绿色低碳发展步伐加快,新能源产业逐渐成为最具潜力的战略性新兴产业,持续保持高速发展。最新数据显示,中国新能源汽车产销量连续8年居全球第一,可再生能源发电总装机已经突破13亿千瓦,良好的发展态势有望延续。

功率半导体作为实现电气化系统自主可控以及节能环保的核心零部件,在新能源汽车、智能电网等领域需求量也将大幅提升。功率半导体在新的应用领域中会遇到哪些挑战?又该如何保证产品质量?接下来,我们逐步揭晓明锐理想的解决方案。

什么是功率半导体?

首先,我们先了解一下,什么是功率半导体?功率半导体包括两个部分:功率器件和功率IC。功率器件是功率半导体分立器件的分支,而功率IC则是将功率半导体分立器件与各种功能的外围电路集成而得来。功率半导体的功能主要是对电能进行转换,对电路进行控制,改变电子装置中的电压和频率,直流或交流等,均具有处理高电压、大电流的能力。

目前主流、使用较多的半导体器件,一是晶闸管,它可以输出较大功率,但频率相对较低,主要用于直流输电和大功率低频电源等;二是IGCT,它是将GTO与门极驱动电路以低感方式集成在一起,这样可以改善关断性能,此器件目前主要用于大功率电机传动,包括船舶驱动、海上风电等;三是IGBT,自上世纪90年代突破技术瓶颈以后,已经实现产业化和大规模应用,当前大功率IGBT最高可实现6500V,其应用方式较广,包括轨道交通、光伏发电、汽车电子等,是当前主流开关器件。

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IGBT在新能源汽车上的应用与挑战

IGBT模块具有节能、安装维修方便、散热稳定等特点,它的作用是交流电和直流电的转换,同时还承担电压高低转换的功能,可以说是电动车的核心技术之一。IGBT的好坏直接影响电动车功率的释放速度。

IGBT约占电机驱动系统成本的一半,而电机驱动系统占整车成本的15-20%,也就是说IGBT占整车成本的7-10%,是除电池之外成本第二高的元件,也决定了整车的能源效率。新能源汽车对IGBT提出非常高的要求,要求其拥有更强大、更高效的功率处理能力,同时也要降低本身过多的电力消耗和不必要的热量产生,以提高整车的性能。主要在温度冲击、功率循环、温度循环、结温等与全生命周期可靠性相关的一些方面提出了更高的标准。

IGBT封装技术是实现电机控制器高温运行、高可靠性、高功率密度的关键环节,焊接质量的好坏直接决定了器件可靠性和工作寿命。

明锐焊接质量把控方案

明锐理想深耕自动光学检测技术十余年,可为IGBT封装提供多站检测方案。其中,明锐半导体键合AOI-SW5000系列主要应用于WB段后的检测,可为IGBT生产提供焊料、焊线、焊点、DBC表面、芯片表面、插针等全面的检测。

实际生产过程中,焊线与焊点的不良时常出现,而焊点焊线的不良极易导致最终产品在实际使用中发生电流损坏。SW5000基于高精度2D彩色成像,利用轮廓分割算法,精准识别焊线与焊点的轮廓,进而分析焊线、焊点的形态与尺寸不良。

与行业类似竞品不同的是,SW5000进一步细化分割了焊点的压接区域,可以更可靠地检测虚焊、偏压等不良。

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细化分割焊点压接区域

针对弧高检测,目前市面上主要有侧面相机的方案,此方案获取的高度信息较少,且精度较低,容易受遮挡等干扰影响,多为定性检测。SW5000搭载线扫激光模块,实现线弧的高精度3D定量检测,能获得更好的整线还原效果。

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高精度还原线弧


实测过程中,线弧颈部由于角度较大,可能导致高度信息缺失。SW5000可通过多角度环形光将不良特征反映在2D成像图上,配合检出塌线不良。

另外,SW5000搭载六通道多角度程控环形光源,可针对不同位置、不同类型的不良采用最合适的打光方式,放大不良特征,以保证不良的稳定检出。此技术用于芯片、DBC等表面存在干扰的部分进行划伤、异物等检测,可以有效减少干扰造成的误报,提升检测的准确性。

除了高精度的检测算法,明锐在简化编程更是领先业界。通过AI识别、自动生成检测区域、自动屏蔽干扰区域、分组管理等技术,极大程度地降低编程难度,节省客户编程与调试时间。

1.基于AI深度学习算法,自动识别焊线轮廓,并生成检测窗。通过轮廓形态判断不良。自动识别焊线轮廓

2.芯片表面检测时,自动屏蔽焊线区域的干扰,并根据实际打线位置,实时更新检测区域。相较于传统画窗方式,降低了漏检的风险。

3.可对相似属性的焊线进行分组管理,统一编程与参数调试。

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为适应不同客户的架线要求,SW5000系列产品配套开发了许多适用不同使用场景的特制功能。在传板方式上,支持搭配弹夹自动上下料功能、NG板缓存筛选功能;在不良品处理功能上,可通过打标笔打标、E-Mapping标定;在数据分析上,可通过自带的SPC软件,输出各种生产数据表格,便于客户直观了解生产情况;在产线管理上,通过离线编程,可实现一人多机,统一管理。明锐理想将半导体检测领域作为重点研究方向,不断完善工业视觉检查方案,先后推出了半导体键合自动光学检查机SW2000、SW5000和半导体贴片自动光学检测设备SD5000,均获得了不错的市场反馈。

相信凭借着持续的技术研发和创新投入,明锐理想将有力助推新能源产业链企业实现转型升级和蓬勃发展


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