X射线在IGBT模块内部检测的应用

IGBT全名叫绝缘栅双极型晶体管，被称为电子行业里的“CPU”，是由双极晶体管和绝缘栅场效应晶体管组成的复合彻底受控电压驱动功率半导体器材。IGBT具有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降的优点，且开关速度快，通态电压低、阻断电压高、承受电流大，热稳定性良好，已经成为当今功率半导体器件开发的主流。

IGBT模块是由IGBT（绝缘栅双极型晶体管芯片）与FWD（续流二极管芯片）通过特定的电路桥接封装而成的频率略低、功率较高的电子元器件，目前封装后的IGBT模块直接集中应用于焊机、逆变器、变频器、电镀电解电源、超音频感应加热、USB不间断电源等领域。而且，IGBT还具有节能稳定的优势，是能源转换和传输的核心器件，更被国家级战略产业布局，如轨道交通、智能网建设、航空航天以及新能源领域。目前国内IGBT产业相对薄弱，但处在快速发展阶段，已经形成了相对完整的IGBT产业链。

IGBT模块生产工艺过程涉及许多环节。在真空回流焊接过程中，芯片与直接键合铜（DBC）基板上的铜层之间的焊料层以及DBC下部铜层与模块底板之间的焊料层由于工艺限制，焊料层将会存在空洞。焊料层的空洞缺陷也会出现在贴装工艺步骤中。IGBT模块在使用期间，空洞会不稳定，由于材料热膨胀系数（CTE，热膨胀系数）的不匹配，在工作过程中模块温度变化时会产生热应力，从而进一步扩大空洞，甚至导致相邻的空洞连接成一片，使得焊料层分层，从而导致模块的功能失效。因此，空洞的存在极大地影响了模块的热性能，这使得模块的热阻增加，散热性能下降，器件的局部温度升高甚至焊料层和基板分层等故障会进一步降低模块的可靠性和使用寿命。

那么如何在封装过程中实现对IGBT模块检测、阻断存在缺陷的IGBT模块进入后序工序，从而降低生产成本、提高产品的质量、避免使用存在缺陷的IGBT模块造成重大损失就成为行业急需解决的难题。

对于IGBT模块，模块的外部是外壳和金属端子。不仅有芯片，而且还有键合线、绝缘陶瓷基板和焊接层，统称为机械连接。为了保证产品的耐用性，即产品的使用寿命，IGBT模块制造商将在产品最终确定之前进行一系列可靠性测试，以确保产品的长期耐用性。

而IGBT模块的内部由MOSFET和BJT组成，该产品极易发生静电击穿和过电应力破坏，装置的安装面暴露在空气中，极易氧化，影响后续安装和使用。IGBT模块的封闭性就导致了对其工艺检测的难度，内部缺陷只能通过无损检测的方式进行，必须采用专用的检测手段进行筛选及防护。

X-ray（X射线）能够对IGBT进行无损检测成像，射线能够穿透IGBT模块的散热片对齐内部进行成像来完成有效检测，从而直观产品内部结构，通过对产品内部结构的分析来快速锁定缺陷位置与受损面积尺寸等，目前在半导体检测领域的应用十分广泛。

X-ray检测的最大优势在于检测结果直观，经过图像展示IGBT内部的缺点，软件自动识别判定更是提高了X-ray检测的准确率，降低了人工的误判率，在IGBT出产制作过程中既确保了产品质量又在研发规划阶段供给了可靠的改善依据。

同时，X-ray检测设备采用X射线透射原理对IGBT模块进行检测，不需要额外成本，检测快捷而准确，能够大批量检测IGBT模块。比如检测IGBT在陶瓷面板上的焊接空洞比例、焊点虚焊情况，即使体积很小，但高分辨率高放大倍率图像可以清晰的呈现焊接存在的各种缺陷，通过设备软件设定，自动判断不良品，及时将缺陷产品进行返工，提高产品焊接质量。

以电动汽车为例，IGBT在动力控制单元中，可以将高压直流电转换为三相电机的交流电，在车载充电器、电动助力转向等高压辅助控制器都会用到IGBT，整个线路中的焊接情况决定它的运转情况，所以在IGBT焊接完成后需要使用X射线智能检测装备对焊点进行检测，保证这类关键芯片类产品的正常使用。

广东正业科技股份有限公司创立于1997年，于2014年12月在深圳创业板上市（股票代码：300410），是国家火炬计划重点高新技术企业。公司位于广东省东莞市松山湖园区，是一家专业从事工业检测智能装备的研发、生产、销售及技术服务于一体的高科技集团企业。正业科技主要面向PCB、锂电、平板显示、半导体等行业制造厂商提供工业检测智能装备等相关产品和服务，在电子信息产业领域被市场广泛认可，目前市场覆盖全球数十个国家和地区，走出了单机离线检测--自动化在线检测--集成化解决方案--工业检测智能产线的技术、产品发展之路。

日联科技成立于2002年，主要从事X射线智能检测装备的研发、生产、销售与服务，为半导体集成电路、电子制造、新能源电池、铸件焊件及材料检测、异物检测等领域的客户提供了全方位的X射线智能检测解决方案。目前已成为国内从事精密X-ray技术研究和X-ray智能检测装备研发、制造的国家高新技术企业。

公司坚持射线物理技术研究和X射线核心部件开发，研制出了中国首款封闭式热阴极微焦点X射线源，已应用于X射线智能检测装备中，其核心技术实现了自主可控、核心部件实现了进口替代、X射线智能检测装备为国内产业应用提供了重要保障。

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卓茂采用国外进口的射线源与探测器，通过自主研发与工艺加工的方式在国内完成生产作业，目前研发部拥有20多位行业研发翘楚，在产品外观设计、结构设计、软件研发上拥有非常丰富的实战经验, 先后在江苏、台湾、重庆、湖北、重庆等区域设立分厂或办事处，并在短短数年内就得到包括富士康、中兴通讯、HTC、比亚迪、立讯精密、蓝思科技、美新半导体、纬创资通、山水电子、中控智慧、株洲中车、联合盛鑫、台湾神准、富强电子、福日电子、兆威股份、奇瑞汽车、伟创力、艾默生、三雄极光、创维电子等大品牌客户的热烈反馈。

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