项罗毅

（常州瑞华电力电子器件有限公司，江苏 常州213200）

摘  要：本世纪初，伴随着步进电机应用于数字控制系统中，自动点胶技术也得到了快速发展，由于具有响应时间短、控制精度高、维护简单等优点，因此能够应用到了功率模块快速封装工艺中。本文重点介绍了自动点胶技术的原理及其在小功率模块封装上应用的工艺过程，并通过试验对比论证其工艺优势。

关键词：功率模块；封装；自动点胶技术

Application in the power module of rapid package basing on the technology of automatic adhesive injecting

Luoyi Xiang

(Changzhouruihua Power Electronic Devices CO.,LTD,Jiangsu Changzhou 213200)

Abstract:At the beginning of this century, the technology of automatic adhesive injecting has developed rapidly with the stepper motor used in the digital control system.Because it has the advantages of fast response, high control accuracy,simple maintenance and so forth.so it can be applied to the power module fast packaging process.This paper mainly introduces the process principle of automatic dispensing technology and its application in the small power module package, and to demonstrate the technology advantage through contrast test.

Key words:power module；package；automatic adhesive injecting

作者简介：项罗毅（1986），男，江苏常州，本科，机械加工。

中图分类号:TH138.52           文献标识码：A       文章编号：

随着电力半导体模块在焊机、变频器、无功补偿、软起动、电源、新能源等工业制造各个领域中的广泛应用，工业设备对其需求量越来越大。在国民经济发展中，功率模块作为工业装备的一个非常重要组成部分，有着不可忽视的重要地位。

近年来在励磁电机、电镀电源、充电桩、直流牵引以及变频器等诸多方面，对于功率模块都有着更多、更高的要求。现用于小功率设备（30kW以下），如逆变焊机、变频器、光伏逆变器等上的功率器件（一般为100A以下）市场需求量很大，我司此类产品销售量一年大约在40万只左右，传统的封装工艺很难满足生产的需求。传统的封装工艺存在生产周期长、产品一致性差、产品稳定性差等问题。目前自动点胶技术在中、小功率模块制造中的运用，对于降低生产成本和提高企业的生产效率具有重要意义。本课题在人工点胶机的基础上，应用自动点胶技术，通过控制工艺过程满足了小功率模块快速封装的要求。既能满足企业点胶要求，能够极大地提高了功率器件的产量和质量，具有深远的影响。

1 功率模块涂胶工艺的发展

功率模块（如图1所示）的封装工艺是将芯片封装起来，避免芯片与外界接触，以防止外界对内部芯片的损害的一种工艺技术。大气中的不良物质和水汽，乃至灰尘都会影响芯片上的电路，造成其电气性能的下降。而涂胶工艺是功率模块封装工艺中非常关键的一环。这里先简单介绍模块的封装工艺流程，以便清楚了解涂胶工艺所起的作用。

图1 我司主要的功率模块

1.1 模块封装工艺基本流程

    一般功率模块的封装要经过焊接、老化、灌胶、测试等工序，具有周期长、工艺复杂等特点，其具体工艺流程方框图如图2所示。其中焊接前的装配颇为复杂，需要对散热铜底板、电极、芯片、散热基片分别进行涂胶处理表面，然后装配在一起，放入焊接炉进行焊接。此工序耗时长、效率低、质量差，涂胶技术是其中最为关键的一步，直接关系整个模块生产周期的变化。

                                                                    图2  功率模块封装工艺流程

1.2 模块涂胶技术的发展

        随着电力电子技术的飞速发展及其向各行业的迅速渗透，涂胶技术也在近三十年内获得了无比巨大的发展，并已经取得了很大的进步。从早期的预上锡工艺到现在日益成熟的手工点胶工艺的，电子封装工艺发生了翻天覆地的变化。

    预上锡工艺效率低下、焊接一致性差，同时不利于模块装配。丝网印刷工艺虽然效率有所提高能够即时生产，但是对于模块这种装配部件较多，焊接面多，丝网印刷依旧是复杂的工艺，需要在流水线附近增加辅助线进行涂胶处理。手工点胶工艺其优点是能够缩短丝网印刷的时间。但是工人的工作强度高，需要手脚并用操作，且效率的提高不明显。
2 自动点胶技术在功率模块上的应用

2.1 自动点胶技术的原理

    自动点胶机是一种专为满足涂覆各种物件表面要求而研制的自动涂胶设备，适用于各种点、直线、圆弧以及任意不规则图形的点胶，涂胶，通过编制运动参数的控制程序，程序下载方便、操作简单。自动点胶机的工作精度和工作效率完全取决于本身的运动控制系统，控制系统通过向执行单元发送指令信号，接受器接收回馈的信息，依据预设编制好的程序，机械传动机构根据程序做出相应准确的动作。其中步进电机和PLC控制系统是点胶机的心脏。
     自动点胶系统的工作原理是通过将压缩空气送入注射器或胶瓶中，将胶压进与活塞室相连的进给管中，利用气体压力进行点胶作业。当活塞向下运动时，胶受到压力便会从滴胶针嘴压出；当活塞处于上冲程时，活塞室中就会填满胶体。滴出的胶量由活塞下冲的距离决定，可以通过编程进行控制。

2.2 在MDS601628模块上的应用实例

随着电力电子变流节能技术被广泛应用于各行各业，市场对功率模块的需求迅猛发展，高效、高质量的功率模块制造技术显得尤为迫切，特别是小功率模块。小功率模块需求量大，硅晶圆的尺寸较小，安装困难且涂胶难度大，对现有的安装工艺和涂胶工艺等封装工艺提出了适应其工艺需求的快捷、一致性好的特殊要求，这样用于诸如MDS601628小功率模块的快速封装的自动点胶平台也就应运而生。而且随着电子行业的蓬勃发展, 自动点胶系统也随之发展(见图3)。
                          

图3 MDS601628自动点胶平台

MDS601628模块自动点胶平台（如图4）主要由四大部分构成：执行机构、驱动机构、控制系统和工装夹具。执行机构由机械手、躯干两部分构成。一般选用交流、直流伺服电动机和步进电动机等执行机构配合机械手，机械手在作业过程中均是沿X、Y、Z轴呈直线运动。躯干是自动点胶系统的主体部分，包括安装手臂、电源、各种执行机构的电极等。驱动机构主要有四种：液压驱动、气压驱动、电气驱动以及机械驱动。其中气动驱动具有用胶量少、气源方便、保养简单方便等优势。控制系统主要配备了运动控制卡、脱机转换板、手持式示教盒等。其优点就在于文件易于下载，方便资料管理便捷。工装夹具是MDS601628模块自动点胶平台重要组成部分，关系到整个自动点胶工艺的优劣。MDS601628模块采用倒装夹具，操作简单、快捷。

图4 模块自动点胶平台

2.2.1工艺过程控制

MDS601628模块采用自动点胶技术和倒装夹具改进后的快速封装工艺能够生产周期大大缩短。其工艺过程主要包括两部分：可视化编程和零部件装配。

可视化编程需要根据MDS601628模块的零部件类型和尺寸定义，具体过程如下：（1）

点1号电极为单点涂胶，注意气压和出胶时间，控制好胶量，同时注意针头高度；（2）点6只芯片同样为单点涂胶，注意气压和出胶时间，控制好胶量，同时注意针头高度；（3）点2、3号电极为线条涂胶，注意针头走速和气压（如图5）。