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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結合的功率驅動器件(DeriverIntegratedCircuit，即DriverIC)。由于具有高集成度、高可靠性等優(yōu)勢，功率模塊贏得越來越大的市場，尤其適合于驅動電機的變頻器及各種逆變電源，是變頻調速、冶金機械、電力牽引、伺服驅動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計以解決長期使用的壽命問題。

相關技術中，在功率模塊的制造過程中，采用的基板通常包括覆銅陶瓷基板(DBC)、引線框架架構(CIS)以及絕緣金屬基板(IMS)，其制造流程大體相似，包括粘結輔料印刷、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、金屬連接線綁定和環(huán)氧樹脂封裝等步驟。

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、金屬連接線綁定、引線框架焊接和環(huán)氧樹脂封裝，等離子體清洗設置在綁定金屬連接線之前，以便解決綁線脫線等不良的問題。然而在此流程中為了將功率器件和金屬連線焊接至金屬基板，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，但是不進行清洗處理去除助焊劑，如直接進行環(huán)氧樹脂封裝，就會導致基板與環(huán)氧樹脂間的結合力變差，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，針對采用助焊劑進行焊接的金屬基板進行封裝前，采用等離子體清洗可以有效去除助焊劑等有機物，提升基板與封裝材料之間的結合度，進而提高封裝工藝和功率器件的可靠性。

等離子體清洗技術

等離子體(plasma)一詞最早由朗繆爾在1928年提出,用來描述氣體放電管里的物質形態(tài)。等離子體由正離子、電子或負離子以及中性粒子組成,被認為是物質的第四態(tài)。物質由分子構成,分子由原子構成,原子由帶正電的原子核和圍繞它的、帶負電的電子構成。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,這一過程就叫做“電離”。如圖1.1所示,當固體(物質的第一狀態(tài))被加熱時,內(nèi)部粒子獲得足夠的能量來打破原有的結構,從而熔化轉變?yōu)橐后w(物質的第二狀態(tài))。隨著能量的進一步增加,液體中的粒子將脫離彼此的束縛并蒸發(fā)成氣體(物質的第三態(tài))。隨后,當通過放電等機制向氣體注入大量能量,會導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作用下加速并相互碰撞,進一步增加氣體中的帶電粒子數(shù)量。這些過程改變了氣體的電特性,使其轉變?yōu)榫哂袑щ娦缘碾婋x氣體,即等離子體(物質的第四態(tài))。

圖1 物質之間的轉化過程

等離子清洗技術基于等離子體的產(chǎn)生和利用活性粒子的原理,通過施加高電壓或射頻場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物質發(fā)生化學反應,實現(xiàn)表面的清洗和改性。

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