我將為您全面解析汽車(chē)電驅(qū)系統(tǒng)中的IGBT，并深入探討焊后殘留物清洗不干凈帶來(lái)的具體影響。

第一部分：汽車(chē)電子電驅(qū)系統(tǒng)IGBT全解析

1. IGBT是什么？

IGBT，全稱(chēng)絕緣柵雙極型晶體管，是一個(gè)由 MOSFET（輸入級(jí)） 和 BJT（輸出級(jí)） 復(fù)合而成的全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件。它兼具了MOSFET的高輸入阻抗、驅(qū)動(dòng)功率小、開(kāi)關(guān)速度快的特點(diǎn)，以及BJT的通態(tài)壓降低、載流密度大、耐壓高的優(yōu)點(diǎn)。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，你可以把它理解為一個(gè)用小電壓來(lái)控制大電流通斷的、非常先進(jìn)的“電子開(kāi)關(guān)”。

2. IGBT在汽車(chē)電驅(qū)系統(tǒng)（逆變器）中的核心作用

在電動(dòng)汽車(chē)中，動(dòng)力電池輸出的是直流電，而驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作需要的是三相交流電。電驅(qū)系統(tǒng)的核心——逆變器，就是完成這個(gè)直流變交流任務(wù)的心臟。而IGBT，就是這個(gè)心臟中最核心的“肌肉”。

工作流程如下：

1. 接收指令： 整車(chē)控制器根據(jù)駕駛員的油門(mén)指令，給出扭矩和轉(zhuǎn)速需求。

2. 生成信號(hào)： 電機(jī)控制器通過(guò)微處理器生成六路PWM脈沖信號(hào)。

3. 執(zhí)行開(kāi)關(guān)： 這六路信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)逆變器橋臂上的六個(gè)IGBT（構(gòu)成三相全橋電路）。

4. 電能轉(zhuǎn)換： IGBT以極高的頻率（通常為幾千到上萬(wàn)赫茲）有序地開(kāi)通和關(guān)斷，將電池的直流電“裁剪”成幅度和頻率都可調(diào)的三相正弦波交流電。

5. 驅(qū)動(dòng)電機(jī)： 這三相交流電輸入驅(qū)動(dòng)電機(jī)，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，帶動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)車(chē)輛前進(jìn)或后退。

簡(jiǎn)而言之：IGBT是電能轉(zhuǎn)換與控制的執(zhí)行者，直接決定了驅(qū)動(dòng)電機(jī)的扭矩、轉(zhuǎn)速和效率。

3. 汽車(chē)級(jí)IGBT的關(guān)鍵要求

汽車(chē)工作環(huán)境惡劣，對(duì)IGBT的要求遠(yuǎn)高于工業(yè)級(jí)和消費(fèi)級(jí)：

• 高功率密度： 在有限的體積內(nèi)承受更大的功率。

• 高可靠性： 必須承受劇烈的溫度變化、振動(dòng)、沖擊，確保15年或數(shù)十萬(wàn)公里的使用壽命。

• 高耐壓： 通常需要650V/750V/1200V等級(jí)別，以應(yīng)對(duì)電池電壓平臺(tái)（400V/800V）。

• 高工作結(jié)溫： 芯片結(jié)溫通常要求達(dá)到175℃甚至更高，以應(yīng)對(duì)過(guò)載和高溫環(huán)境。

• 低損耗：

• 低導(dǎo)通損耗： 導(dǎo)通時(shí)自身電阻小，發(fā)熱少。

• 低開(kāi)關(guān)損耗： 開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程迅速，減少切換過(guò)程中的功率損耗。

• 強(qiáng)散熱能力： 損耗產(chǎn)生的熱量必須被高效地傳導(dǎo)出去。

4. IGBT的封裝與焊接工藝

為了滿足上述要求，汽車(chē)IGBT通常采用模塊化封裝。芯片通過(guò)焊接工藝（主要是回流焊或真空回流焊）被固定在基板（如DBC）上。焊接材料通常為無(wú)鉛焊錫膏。

焊錫膏中含有助焊劑，它在焊接過(guò)程中起到去除氧化層、防止二次氧化、提高焊接質(zhì)量的關(guān)鍵作用。但焊接完成后，殘留的助焊劑就成為需要被徹底清除的“污染物”。

第二部分：IGBT焊后殘留物清洗不干凈的影響

焊后清洗是IGBT模塊制造中至關(guān)重要的一道工序。如果清洗不徹底，殘留的助焊劑和其他污染物會(huì)帶來(lái)一系列嚴(yán)重的可靠性問(wèn)題。

1. 電氣性能劣化

• 漏電流增加：

• 機(jī)理： 離子型殘留物（如鹵素離子）具有吸濕性，在潮濕環(huán)境下會(huì)電離，在相鄰的焊點(diǎn)、引腳或線路之間形成微弱的導(dǎo)電通路。

• 影響： 導(dǎo)致IGBT模塊的絕緣電阻下降，靜態(tài)漏電流增大。輕則增加待機(jī)功耗，重則導(dǎo)致信號(hào)誤判，甚至使器件無(wú)法正常關(guān)斷。

• 表面絕緣電阻下降與電化學(xué)遷移：

• 機(jī)理： 在電場(chǎng)和濕氣的共同作用下，離子殘留物會(huì)成為“電解質(zhì)”，導(dǎo)致金屬（如銀、銅）發(fā)生電化學(xué)遷移，在絕緣表面（如DBC的陶瓷或塑料外殼）生長(zhǎng)出“枝晶”。

• 影響： 枝晶會(huì)橋接原本絕緣的電極，造成短路，引發(fā)模塊瞬間失效。這是最致命的影響之一。

2. 長(zhǎng)期可靠性風(fēng)險(xiǎn)

• 腐蝕：

• 機(jī)理： 活性較強(qiáng)的助焊劑殘留物（尤其是含鹵素的）會(huì)與芯片表面的金屬層（如鋁鍵合線）、銅基板等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

• 影響： 導(dǎo)致引線鍵合點(diǎn)、電極和線路的腐蝕、斷裂，造成開(kāi)路或接觸電阻增大，使模塊性能逐漸衰退直至完全失效。

• 熱性能下降與過(guò)熱失效：

• 機(jī)理：

• 影響： IGBT工作時(shí)的結(jié)溫會(huì)異常升高。而IGBT的壽命與結(jié)溫成指數(shù)反比關(guān)系（10℃法則）。結(jié)溫每升高10-15℃，壽命約減半。長(zhǎng)期過(guò)熱會(huì)加速芯片老化、鍵合線脫落，最終導(dǎo)致熱擊穿。

1. 殘留物覆蓋在芯片、DBC基板表面，其導(dǎo)熱性遠(yuǎn)低于金屬和陶瓷，形成了熱障，阻礙熱量向散熱器傳遞。

2. 殘留物可能導(dǎo)致芯片與基板之間的虛焊，產(chǎn)生巨大的接觸熱阻。

3. 物理與化學(xué)影響

• 分層與界面失效：

• 機(jī)理： 殘留物會(huì)影響后續(xù)工藝（如敷形涂覆、灌封膠）的附著力，導(dǎo)致膠水與基板/芯片之間結(jié)合不牢。

• 影響： 在溫度循環(huán)中，由于不同材料的熱膨脹系數(shù)不同，結(jié)合不牢的界面容易發(fā)生分層。分層會(huì)進(jìn)一步惡化散熱，并可能拉斷內(nèi)部的細(xì)線。

• 外觀檢查與維修困難：

• 機(jī)理： 白色或褐色的殘留物會(huì)遮蓋焊點(diǎn)，影響自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)對(duì)焊接質(zhì)量的判斷，如虛焊、氣孔等缺陷難以被發(fā)現(xiàn)。

• 影響： 增加質(zhì)量控制的難度，可能導(dǎo)致有缺陷的模塊流入下一環(huán)節(jié)或裝車(chē)。

總結(jié)

對(duì)于汽車(chē)電驅(qū)系統(tǒng)而言，IGBT是其實(shí)現(xiàn)高效電能轉(zhuǎn)換的“核心執(zhí)行單元”。其可靠性直接決定了整車(chē)的動(dòng)力性、能效和安全性。

焊后清洗不干凈，看似一個(gè)微小的工藝瑕疵，實(shí)則是埋下的一顆“定時(shí)炸彈”。 殘留的助焊劑會(huì)從電氣絕緣、化學(xué)腐蝕和熱管理三個(gè)維度同時(shí)發(fā)起攻擊，顯著降低IGBT模塊的性能和壽命。在汽車(chē)嚴(yán)苛的振動(dòng)、高低溫循環(huán)和長(zhǎng)期運(yùn)行的工況下，這些問(wèn)題會(huì)被急劇放大，最終可能導(dǎo)致：

1. 車(chē)輛行駛中突然失去動(dòng)力（嚴(yán)重安全風(fēng)險(xiǎn)）。

2. 電驅(qū)系統(tǒng)過(guò)熱損壞（高昂的維修成本）。

3. 整車(chē)召回（巨大的品牌和財(cái)務(wù)損失）。

因此，在汽車(chē)IGBT模塊的制造過(guò)程中，采用合適的清洗工藝（如超聲波清洗、噴淋清洗）、使用環(huán)保高效的清洗劑，并建立嚴(yán)格的清潔度檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，是確保其達(dá)到車(chē)規(guī)級(jí)可靠性的不可或缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

汽車(chē)IGBT模塊清洗-合明科技錫膏助焊劑清洗劑介紹：

水基清洗的工藝和設(shè)備配置選擇對(duì)清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會(huì)作為一個(gè)長(zhǎng)期的使用和運(yùn)行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類(lèi)。離子型污染物接觸到環(huán)境中的濕氣，通電后發(fā)生電化學(xué)遷移，形成樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長(zhǎng)枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內(nèi)的浮點(diǎn)、灰塵、塵埃等，這些污染物會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)質(zhì)量降低、焊接時(shí)焊點(diǎn)拉尖、產(chǎn)生氣孔、短路等等多種不良現(xiàn)象。

這么多污染物，到底哪些才是最備受關(guān)注的呢？助焊劑或錫膏普遍應(yīng)用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤(rùn)濕劑、樹(shù)脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質(zhì)在所有污染物中的占據(jù)主導(dǎo)，從產(chǎn)品失效情況來(lái)而言，焊后殘余物是影響產(chǎn)品質(zhì)量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹(shù)脂殘留物易吸附灰塵或雜質(zhì)引發(fā)接觸電阻增大，嚴(yán)重者導(dǎo)致開(kāi)路失效，因此焊后必須進(jìn)行嚴(yán)格的清洗，才能保障電路板的質(zhì)量。

合明科技研發(fā)的水基清洗劑配合合適的清洗工藝能為芯片封裝前提供潔凈的界面條件。

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