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自动化涂覆技术在IGBT生产中的应用

发布时间:2018-02-14 11:33   类型:应用案例   人浏览

前言

导热硅脂目前被广泛使用在散热器的IGBT安装面上,其目的在于填补各器件安装面与散热器之间的间隙,达到更均匀、更有效的散热效果,避免器件因散热不佳,导致温度过高而损坏。为保证导热硅脂均匀的分布在IGBT上,其涂敷过程工艺至关重要。

导热硅脂的涂覆工艺

目前,IGBT导热硅脂的涂敷工艺主要有两种,滚筒印刷涂覆和丝网印刷涂覆。

1、滚筒涂敷,该工艺是目前使用的最广泛的涂覆方法。

(1)IGBT安装前,用酒精将器件的安装面和散热器清洗干净;

(2)将导热硅脂倒入容器内,用滚筒刷粘上导热硅脂;

(3)在IGBT的安装面反复滚刷上一层导热硅脂,目测硅脂是否涂满IGBT安装面,最后再将IGBT安装在散热器上。

2、丝网板印刷涂敷,由于其具有一定技术门槛,但效果较好,主要用于高端IGBT的涂覆。

(1)首先需设计IGBT涂覆工装,主要有两种工装设计方法:根据丝网上筛网孔区导热硅脂的涂敷面积设计;根据IGBT需要的导热硅脂的涂覆厚度、面积及表面粗糙度设计;

(2)将IGBT元件倒放在涂敷工装上;

(3)将工装的网板面合上,确认IGBT涂敷模孔和IGBT散热面吻合;

(4)开始涂覆作业,将导热硅脂从网框一边刮到另一边,如此来回刮3-4次,直到导热硅脂将丝网的网孔填平。

自动化涂覆技术的实现原理

本技术基于上述丝网板印刷涂覆的工艺,参考人工丝网印刷涂覆的动作,通过电机驱动各个执行机构,实现利用机械自动化进行IGBT涂覆作业,避免了传统人工涂覆劳动强度大、可靠性差、效率低下的作业模式。

自动化涂覆技术在IGBT生产中的应用

图1 手工丝网涂覆

经过实验分析丝网印刷涂覆效果明显优于滚筒涂覆,为确保技术的先进性,自动涂覆技术采用了丝网印刷涂覆的原理进行设计实现。

图2 左侧为滚筒涂覆,右侧为丝网涂覆

首台套自动化涂覆设备样机的研制

为满足涂覆作业需求企业智能化、模块化、稳定性强的设备要求,自动化涂覆设备应至少拥有以下特性:

1.涂覆模块计数

2.刮涂次数可调

3.导热硅脂供料可控

4.丝网更换提醒

5.系统故障报警

6.扫码记录功能

7.手动和电动复位功能

自动化涂覆技术在IGBT生产中的应用

图3 自动化涂覆设备各结构示意图

自动化涂覆设备运行的工艺说明

1、工件首先经过扫码记录,自行行走至涂覆位,并固定。

2、丝网压下,准备加注导热硅脂原料,该模块主要由升降电动缸、刮刀机构、丝网调整机构组成。丝网四边张力可快速调整,丝网夹于上、下固定板中央,可自动调节与工件的水平度。

3、注入导热硅脂。注入机构采用活塞式注入原理,活塞固定,步进电机驱动丝杆推动料桶,导热硅脂由活塞中心的孔道进入喷头中,确保注入量稳定可控。

4、刮刀下压,行走机构涂覆导热硅脂。利用直线模组可实现刮刀重复定位精度达到0.05mm,行走稳定,能够根据不同涂覆要求自动微调刮刀与丝网间的距离(压力),同时刮刀“刀刃”与丝网平行度可调整。

5、刮刀升起,丝网升起,工件扫码并退出,完成一个IGBT模块的涂覆作业。

自动化涂覆设备的优势

1、设备整体执行机构全部有隔离保护,防止人员误触发生意外伤害。

2、在非标模块设计中采用标准化的设计理念,执行机构均采用标准产品,它的优势是结构紧凑、应用成熟、性能可靠,直线行走机构重复定位精度高(0.05mm)。

3、注料头与原料供应设备直连,尽可能的缩短了导入行程,注料头采用标准产品与成熟技术,能够保证注入原料的均匀。

4、可快速实现丝网安装及张力调整。

5、采取国际一流的控制系统,参数配置全面,符合智能制造的生产理念。

自动化涂覆技术在IGBT生产中的应用

图4 系统控制界面

自动化涂覆技术与设备的应用前景

目前我国的涂覆工艺仍停留在传统的时代,在引进国际高端设备时,未能进行很好的消化、吸收、创造,仿制的相关设备也未能在市场竞争中加强改进,与国际品牌相比竞争力不强。未来自动化涂覆行业的发展,不应仅限于对自动化涂覆设备本身的研发及应用,还要在相关原料上下工夫,加快转型进级的步伐,以应对快速增长的市场需求及日益多元化的用户定制要求。北钢联所研制的IGBT导热硅脂自动化涂覆设备,开启了涂覆工艺机械自动化生产的时代,该样机可能衍生出更多的版本型号,预计将对电力、电子、轨道交通、航空航天等领域产生深远影响。

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