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功率模塊，即IPM(IntelligentPowerModule)，是一種將電力電子和集成電路技術(shù)結(jié)合的功率驅(qū)動(dòng)器件(DeriverIntegratedCircuit，即DriverIC)。由于具有高集成度、高可靠性等優(yōu)勢(shì)，功率模塊贏得越來(lái)越大的市場(chǎng)，尤其適合于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器及各種逆變電源，是變頻調(diào)速、冶金機(jī)械、電力牽引、伺服驅(qū)動(dòng)和變頻家電常用的電力電子器件。

其中，由于功率模塊的工況環(huán)境一般較為苛刻，如高溫、潮濕、高離子濃度等惡劣環(huán)境，且自身發(fā)熱較大，因此需要良好的可靠性設(shè)計(jì)以解決長(zhǎng)期使用的壽命問(wèn)題。

相關(guān)技術(shù)中，在功率模塊的制造過(guò)程中，采用的基板通常包括覆銅陶瓷基板(DBC)、引線(xiàn)框架架構(gòu)(CIS)以及絕緣金屬基板(IMS)，其制造流程大體相似，包括粘結(jié)輔料印刷、功率器件和晶圓貼裝、回流焊接、藥水清洗或不清洗、等離子體清洗、金屬連接線(xiàn)綁定和環(huán)氧樹(shù)脂封裝等步驟。

金屬基板(CIS)以其良好的散熱性能成為功率模塊的主流基板，具體包括：粘結(jié)輔料印刷、功率器件、回流焊接、藥水清洗、等離子體清洗、金屬連接線(xiàn)綁定、引線(xiàn)框架焊接和環(huán)氧樹(shù)脂封裝，等離子體清洗設(shè)置在綁定金屬連接線(xiàn)之前，以便解決綁線(xiàn)脫線(xiàn)等不良的問(wèn)題。然而在此流程中為了將功率器件和金屬連線(xiàn)焊接至金屬基板，需要提前涂覆助焊劑，但是，雖然在此流程中的焊接工序采用助焊劑輔助焊接，但是不進(jìn)行清洗處理去除助焊劑，如直接進(jìn)行環(huán)氧樹(shù)脂封裝，就會(huì)導(dǎo)致基板與環(huán)氧樹(shù)脂間的結(jié)合力變差，封裝體易發(fā)生分層，從而使功率模塊的耐濕熱性和可靠性降低。

因此，針對(duì)采用助焊劑進(jìn)行焊接的金屬基板進(jìn)行封裝前，采用等離子體清洗可以有效去除助焊劑等有機(jī)物，提升基板與封裝材料之間的結(jié)合度，進(jìn)而提高封裝工藝和功率器件的可靠性。

等離子體清洗技術(shù)

等離子體(plasma)一詞最早由朗繆爾在1928年提出,用來(lái)描述氣體放電管里的物質(zhì)形態(tài)。等離子體由正離子、電子或負(fù)離子以及中性粒子組成,被認(rèn)為是物質(zhì)的第四態(tài)。物質(zhì)由分子構(gòu)成,分子由原子構(gòu)成,原子由帶正電的原子核和圍繞它的、帶負(fù)電的電子構(gòu)成。在高溫或其他特定條件下,外層電子掙脫原子核的束縛成為自由電子,這一過(guò)程就叫做“電離”。如圖1.1所示,當(dāng)固體(物質(zhì)的第一狀態(tài))被加熱時(shí),內(nèi)部粒子獲得足夠的能量來(lái)打破原有的結(jié)構(gòu),從而熔化轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w(物質(zhì)的第二狀態(tài))。隨著能量的進(jìn)一步增加,液體中的粒子將脫離彼此的束縛并蒸發(fā)成氣體(物質(zhì)的第三態(tài))。隨后,當(dāng)通過(guò)放電等機(jī)制向氣體注入大量能量,會(huì)導(dǎo)致原子或分子中的電子逃逸,產(chǎn)生自由電子和離子。這些電子和離子在電場(chǎng)作用下加速并相互碰撞,進(jìn)一步增加氣體中的帶電粒子數(shù)量。這些過(guò)程改變了氣體的電特性,使其轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂袑?dǎo)電性的電離氣體,即等離子體(物質(zhì)的第四態(tài))。

圖1 物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化過(guò)程

等離子清洗技術(shù)基于等離子體的產(chǎn)生和利用活性粒子的原理,通過(guò)施加高電壓或射頻場(chǎng)等方式將氣體電離成等離子體,生成的活性離子、電子和激發(fā)態(tài)的原子和分子能與表面污染物或目標(biāo)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),實(shí)現(xiàn)表面的清洗和改性。

與現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)基板的清洗技術(shù)對(duì)比而言，等離子清洗技術(shù)取代了液體化學(xué)清洗方法，以避免對(duì)基板上的功率器件和電路布線(xiàn)的腐蝕，同樣，取代了激光清洗方法，以減少粉塵的產(chǎn)生和對(duì)基板的沾污。