功率模塊DBC基板焊接前等離子清洗

文章出處：等離子清洗機廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時間：2025-11-20

目前商用功率模塊仍采用傳統(tǒng)封裝技術,封裝結構如圖1-1(a)所示,功率模塊主要由功率芯片、續(xù)流二極管、鍵合線、直接覆銅陶瓷基板(DirectBondCopper,DBC基板)和功率端子構成。DBC基板具有為上層導電銅層、中間絕緣陶瓷層、下層散熱銅層三明治結構。芯片焊接在DBC基板上,通過引線鍵合工藝,實現(xiàn)芯片表面電極與功率、控制端子之間的連接,外殼內填充灌封膠以起到絕緣與密封作用。

圖1-1 引線鍵合式半橋功率模塊封裝基本結構

DBC表面銅層易與空氣接觸而發(fā)生氧化，嚴重影響引線鍵合質量及芯片焊接效果，需要將DBC進行等離子清洗，以去除銅金屬表面氧化層，增強表面活性從而提高DBC與芯片、芯片與墊片之間焊接界面的強度。

等離子清洗方式主要分為化學方式清洗和物理方式清洗,其中除了惰性氣體(如:AR)為純物理方式清洗,其余氣體電離后的等離子清洗均為物理和化學方式聯(lián)合清洗。具體工作原理如圖3-5所示:在一個密閉腔體中,利用真空泵獲得較低的真空度,射頻電源將信號反饋到上極板上,在上、下極板之間產(chǎn)生交變電場。充入的工藝氣體在電場中被電離,形成高密度等離子體,隨后在其與電場的相互作用下,產(chǎn)生偏轉電壓,向下轟擊待清洗樣品表面,轟擊后產(chǎn)生的離子或氣體,在真空泵的抽離下排出腔體。

功率模塊DBC基板焊接前等離子清洗

焊膏只有在液體狀態(tài)才能與焊盤潤濕并共晶鍵合,其潤濕性受表面能和表面張力影響,表面能越高,焊膏越容易發(fā)生擴散和潤濕。單獨的稀鹽酸化學處理,可以除去樣品表面的氧化銅,但是對表面能的提升不夠徹底。因此在焊接產(chǎn)品的前處理過程中補充了等離子清洗工藝,通入H2氣體,在其輝光放電過程中,能夠通過還原反應,去除氧化銅及其他氧化物雜質,同時通入的Ar氣體,其等離子態(tài)具有較高的能量,以物理轟擊的方式清洗樣品表面塵垢、油污等,對氧化物也有一定的清洗效果。

補充等離子清洗后,虛焊情況可以得到改善:等離子體中含有大量的電子、離子、激發(fā)態(tài)的分子原子、自由基及紫外光等活性粒子,這些粒子的能量在0~20eV之間,大多數(shù)高分子材料鍵能在1~10eV左右,處于等離子體的作用范圍內,表面改性效果十分明顯。

DBC基板上銅層等離子清洗前后對比如圖2所示。需要注意的是,等離子清洗時間不宜過長,防止銅片過度發(fā)熱,在設備破真空環(huán)節(jié)發(fā)生氧化。