用于超净间的智能功率模块生产线的制作方法

1.本实用新型涉及功率半导体制造领域，特别涉及一种用于超净间的智能功率模块生产线。


背景技术：

2.智能功率模块(intelligent power module，ipm)是一种将电力电子和集成电路技术结合的功率驱动类半导体产品，兼有gtr(大功率晶体管)高电流、低饱和电压和高耐压的优点，以及mosfet(场效应晶体管)高输入阻抗、高开关频率和低驱动功率的优点。而且ipm内部集成了逻辑、控制、检测和保护电路，使用起来方便，不仅减少了系统的体积，缩短了开发时间，也增强了系统的可靠性，适应了当今功率器件的发展方向。
3.ipm的生产车间是超净间，超净间按从低到高的洁净等级依次可分为：十万级超净间、万级超净间、千级超净间、百级超净间、十级超净间、一级超净间。ipm的生产车间的空间及高度受限于产线的设计方案，各个工序设备的摆放方式和工序设备的尺寸决定了所需生产车间的内部空间大小与高度。
4.现有的ipm生产线方案是采用全自动化作业模式，共有前道工序和后道工序。前道的工序一般可分为：上料(铜框架/铝基覆铜板-松香清洗/plasma清洗-锡膏印刷-基板转板-芯片粘贴-阻容件粘贴-回流焊接-回流后松香清洗-aoi检查-预烘烤-绑定线焊接-aoi全检；后道工序一般可分为：molding(注塑)前预烘烤-molding-激光打标-后固化-整脚成型-电参数测试-外观检验-包装-出货。这种ipm生产线方案通常是把所有设备按工序逐一摆放，由于后道工序的设备相较于前道工序的设备的高度更大，ipm的生产车间(超净间)的室内空间高度又需要按最高设备的高度余量设计，导致生产车间的室内空间较大，维持生产车间内温湿度控制和尘埃颗粒控制所需的电能消耗较大，电力成本高。


技术实现要素：

5.本实用新型的主要目的是提供一种用于超净间的智能功率模块生产线，旨在降低智能功率模块生产车间的电力成本。
6.为实现上述目的，本实用新型提出的用于超净间的智能功率模块生产线，包括前道工序设备组和后道工序设备组，所述前道工序设备组包括堆叠布置的多台第一设备，堆叠在最上层的所述第一设备距地面的高度小于所述后道工序设备组中的设备距地面的最大高度。
7.优选地，相邻的两所述第一设备之间通过升降输送轨道相接。
8.优选地，所述多台第一设备均为粘晶设备，各台所述粘晶设备分别用于粘贴对应的元件。
9.优选地，所述第一设备的数量为3台，分别为igbt芯片粘贴设备、frd芯片粘贴设备和hvic芯片粘贴设备，所述igbt芯片粘贴设备、frd芯片粘贴设备和hvic芯片粘贴设备由下至上按顺序依次堆叠布置。
10.优选地，所述智能功率模块生产线还包括第一安装框架，所述第一安装框架具有与所述第一设备一一对应的多层第一装放空间，各个所述第一设备分别安装在对应的所述第一装放空间中。
11.优选地，所述前道工序设备组还包括堆叠布置的多台第二设备，堆叠在最上层的所述第二设备距地面的高度小于所述后道工序设备组中的设备距地面的最大高度。
12.优选地，相邻的两所述第二设备之间通过升降输送轨道相接。
13.优选地，所述多台第二设备均为焊线设备，各台所述焊线设备分别用于焊接对应规格的金属线。
14.优选地，所述第二设备的数量为3台，分别为粗铝线焊接设备、中铝线焊接设备和细铝线焊接设备，所述粗铝线焊接设备、中铝线焊接设备和细铝线焊接设备由下至上按顺序依次堆叠布置。
15.优选地，所述智能功率模块生产线还包括第二安装框架，所述第二安装框架具有与所述第二设备一一对应的多层第二装放空间，各个所述第二设备分别安装在对应的所述第二装放空间中。
16.本实用新型用于超净间的mips生产线技术方案，通过将前道工序设备组中的多台第一设备堆叠布置，充分利用前道工序设备组上方的闲置空间，并使堆叠在最上层的第一设备距地面的高度小于后道工序设备组中的设备距地面的最大高度，即在堆叠布置后，过mips生产线的最大高度不发生变化。由于前道工序设备组的多台第一设备采用堆叠布置，使前道工序设备组的布置长度减小，mips生产线的整体长度减小，从而降低了对超净间的室内长度需求，可以使用室内长度更短的超净间；而超净间的室内高度需求又不变，因此，减小了超净间的室内空间体积，降低了维持超净间室内温湿度控制和尘埃颗粒控制所需的电能消耗，降低了电力成本。
附图说明
17.图1为本实用新型一实施例中的智能功率模块生产线在超净间内的布置示意图；
18.图2为本实用新型一实施例中的前道工序设备组的部分布置结构示意图；
19.图3为本实用新型一实施例中的第一安装框架与多台第一设备装配的结构示意图；
20.图4为本实用新型一实施例中的智能功率模块生产线在超净间内的布置示意图；
21.图5为本实用新型一实施例中的前道工序设备组的部分布置结构示意图；
22.图6为本实用新型一实施例中的第二安装框架与多台第二设备装配的结构示意图；
23.图7为本实用新型一实施例中的智能功率模块生产线的生产流程框图。
具体实施方式
24.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
25.需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后......)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
26.还需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上时，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。
27.另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
28.本实用新型提到的半导体电路，是一种将功率开关器件和高压驱动电路等集成在一起，并在外表进行密封封装的一种电路模块，在电力电子领域应用广泛，如驱动电机的变频器、各种逆变电压、变频调速、冶金机械、电力牵引、变频家电等领域应用。这里的半导体电路还有多种其他的名称，如模块化智能功率系统(modular intelligent power system，mips)、智能功率模块(intelligent power module，ipm)，或者称为混合集成电路、功率半导体模块、功率模块等名称。在本实用新型的以下实施例中，统一称为模块化智能功率系统(mips)。
29.本实用新型实施例提出一种mips生产线，应用在超净间内。
30.参阅图1，图1是本实用新型一实施例中的mips生产线在超净间100内的布置示意图。
31.在本实施例中，mips生产线包括前道工序设备组10和后道工序设备组20，前道工序设备组10包括多台第一设备11，多台第一设备11堆叠布置，且堆叠在最上层的第一设备11距地面的高度小于后道工序设备组20中的设备距地面的最大高度。
32.由于超净间100的室内高度是根据mips生产线中最高的设备高度余量设计的，且后道工序设备组20的设备高度要比前道工序设备组10中的设备高度大很多，因此，在前道工序设备组10的上方有很大的闲置空间未被利用。本实施例的mips生产线，通过将前道工序设备组10中的多台第一设备11堆叠布置，充分利用前道工序设备组10上方的闲置空间，并使堆叠在最上层的第一设备11距地面的高度小于后道工序设备组20中的设备距地面的最大高度，即在堆叠布置后，过mips生产线的最大高度不发生变化。由于前道工序设备组10的多台第一设备11采用堆叠布置，使前道工序设备组10的布置长度减小，mips生产线的整体长度减小，从而降低了对超净间100的室内长度需求，可以使用室内长度更短的超净间100；而超净间100的室内高度需求又不变，因此，减小了超净间100的室内空间体积，降低了维持超净间100室内温湿度控制和尘埃颗粒控制所需的电能消耗，降低了电力成本。
33.例如，将三台第一设备11堆叠布置，则减少了两台第一设备11所占用的长度，假设一台第一设备11占用的长度为x米，超净间100室内的宽度为y米，高度为z米，则超净间100就减少了2x*y*z立方米的体积。
34.参阅图2，在本实施例中，相邻的两第一设备11之间通过升降输送轨道l相接，以通
过升降输送轨道对工件进行输送。
35.在一些实施例中，第一设备11为粘晶设备，各台粘晶设备分别用于粘贴对应的元件。本实施例中，各台粘晶设备是用于分别在不同的元件安装位粘贴不同的元件，各台粘晶设备的工序按顺序进行。当然，在其他实施例中，是各台粘晶设备可以为相同的设备，用于在相同的元件安装位粘贴相同的元件，各台设备的工序同步进行，以提升mips生产线的元件粘贴工序效率。
36.在一些实施例中，第一设备11的数量为3台，即粘晶设备为3台，分别为igbt芯片粘贴设备、frd芯片粘贴设备和hvic芯片粘贴设备，分别用于粘贴igbt芯片、frd芯片和hvic芯片。igbt芯片粘贴设备、frd芯片粘贴设备和hvic芯片粘贴设备由下至上按顺序依次堆叠布置，工件先输送到igbt芯片粘贴设备进行igbt芯片的粘贴，然后igbt芯片粘贴设备经升降输送轨道l将工件输送到frd芯片粘贴设备进行frd芯片的粘贴，接着frd芯片粘贴设备经升降输送轨道l将工件输送到hvic芯片粘贴设备进行hvic芯片的粘贴，最后hvic芯片粘贴设备将粘贴完成的工件输送到后面的工序设备。
37.参阅图3，在本实施中，mips生产线还包括第一安装框架30，第一安装框架30具有与第一设备11一一对应的多层第一装放空间s1，各个第一设备11分别安装在对应的第一装放空间s1中。通过设置第一安装框架30，更加方便各台第一安装设备的安装，使各台第一设备11形成一模块化的装置，方便统一搬运和再安装使用。第一安装框架30的各层第一装放空间s1之间可以是通过隔板分开，隔板上可开设供升降输送轨道l通过的过孔k。
38.进一步地，第一安装框架30的底部设有底座加强板31，提升第一安装框架30的强度和承重能力，保证第一安装框的牢固性和稳定性。
39.参阅图4，图4是一实施例中的mips生产线在超净间100内的布置示意图。
40.在本实施例中，前道工序设备组10还包括多台第二设备12，多台第二设备12堆叠布置，且堆叠在最上层的第二设备12距地面的高度小于后道工序设备组20中的设备距地面的最大高度。
41.本实施例的mips生产线，进一步通过将前道工序设备组10中的多台第二设备12堆叠布置，更加充分利用前道工序设备组10上方的闲置空间，并使堆叠在最上层的第二设备12距地面的高度小于后道工序设备组20中的设备距地面的最大高度，即在堆叠布置后，过mips生产线的最大高度不发生变化。由于前道工序设备组10的多台第二设备12采用堆叠布置，使前道工序设备组10的布置进一步长度减小，mips生产线的整体进一步长度减小，进一步降低了对超净间100的室内长度需求，可以使用室内长度更短的超净间100；又由于超净间100的室内高度需求又不变，因此，进一步减小了超净间100的室内空间体积，进一步降低了维持超净间100室内温湿度控制和尘埃颗粒控制所需的电能消耗，降低了电力成本。
42.参阅图5，在本实施例中，相邻的两第二设备12之间通过升降输送轨道l相接，以通过升降输送轨道l对工件进行输送。
43.在一些实施例中，第二设备12为焊线设备，各台焊线设备分别用于焊接对应规格的金属线。本实施例中，各台粘晶设备是用于分别焊接在不同粗细的金属线，各台焊线设备的工序按顺序进行。
44.在一些实施例中，第二设备12的数量为3台，分别为粗铝线焊接设备、中铝线焊接设备和细铝线焊接设备，分别在工件上完成粗铝线焊接、中铝线焊接和细铝线焊接。粗铝线
焊接设备、中铝线焊接设备和细铝线焊接设备由下至上按顺序依次堆叠布置，工件先输送到粗铝线焊接设备进行粗铝线焊接，然后粗铝线焊接设备经升降输送轨道l将工件输送到中铝线焊接设备进行中铝线焊接，接着中铝线焊接设备经升降输送轨道l将工件输送到细铝线焊接设备进行细铝线焊接，最后细铝线焊接设备将焊接完成的工件输送到后面的工序设备。
45.参照图6，mips生产线还包括第二安装框架40，第二安装框架40具有与第二设备12一一对应的多层第二装放空间s2，各个第二设备12分别安装在对应的第二装放空间s2中。通过设置第二安装框架40，更加方便各台第二安装设备的安装，使各台第二设备12形成一模块化的装置，方便统一搬运和再安装使用。第二安装框架40的各层第二装放空间s2之间可以是通过隔板分开，隔板上可开设供升降输送轨道l通过的过孔k。
46.进一步地，第二安装框架40的底部设有底座加强板41，提升第二安装框架40的强度和承重能力，保证第二安装框的牢固性和稳定性。
47.参照图7，图7是本实用新型一实施例中的mips生产线的生产流程框图。
48.本实施例的方案基于前述实施例的方案，在本实施例中，前道工序设备组10还包括基板上料设备、基板清洗设备、锡膏印刷设备、印刷后基板接驳设备、smt阻容粘贴设备、真空回流设备、aoi全检设备、超声清洗设备、烘烤设备、铝线aoi设备；后道工序设备组20包括自动注塑设备、激光打标设备、后固化设备、切筋成型设备、电参数测试设备。
49.本实施例mips生产线的生产流程为如下：
50.通过基板清洗设备对基板进行松香清洗/plasma清洗：把pcb、铝基覆铜板放置清洗篮子，超声清洗方式，分三级清洗槽，每个槽的参数不一致，逐级清洗，最后烘干；
51.清洗完的铝基板、pcb板放置锡膏印刷专用载具上，把载具放在自动生产轨道上，流入锡膏印刷设备，进行锡膏印刷动作；
52.pcb/铝基覆铜板转板：锡膏印刷完之后，印刷后基板接驳设备把批量的专用载具放置周转车上，移至下个工序；
53.共晶焊：在铜基上表面涂上焊锡丝，把芯片贴在涂有焊锡丝铜基上，通过共晶焊设备进行高温焊接(与回流焊差异：共晶焊接使用的是高温的焊锡丝(主要成份：pb95/sn2/ag2.5，焊接温度在380
°
)，而回流焊使用是普通的锡膏(主要成份：sn96.5/ag3.0/cu0.5，焊接温度在270
°
)；
54.芯片粘贴：把刷有锡膏的基板、pcb板放置生产轨道上，流入芯片粘贴设备(包括igbt芯片粘贴设备、frd芯片粘贴设备和hvic芯片粘贴设备)，把对应的芯片吸取到基板、pcb上，完成所有芯片粘贴后，流入下个工序；
55.smt阻容件粘贴：芯片粘贴完之后，流入smt阻容粘贴设备，贴上所有的阻容件；
56.回流焊：所有芯片、阻容件粘贴完成后，进入真空回流设备中，进行smt回流焊接，回流焊接后，经过aoi全检设备检测后，不良品直接报废，良品进入下个工序；
57.回流焊清洗：smt回流焊接完成后，通过松香清洗剂，在超声清洗设备上进行清洗，完成后进入下个环节；
58.铝线前预烘烤：清洗完成后，把产品放置到烘干设备的恒温箱体，进行预烘烤，清理水气，完成后进入下个工序；
59.粗中铝线焊接：把烘烤完成的产品放回经生产轨道，流入铝线焊接工序，粗铝线焊
接设备和中铝线焊接设备根据工程文件，分别在对应的芯片、pad上焊接铝线(超声方式)，实现电气链接。完成后，进入下个工序；
60.细铝线焊接：粗中铝线焊接完成后，进入细铝线焊接设备进行细铝线焊接，完成后进入下个工序；
61.aoi全检：铝线焊接完成后，通过铝线aoi设备进行aoi全检查，良品直接流入下个工序，不良品剔除；
62.molding前预烘烤：铝线焊接完成后，通过烘烤设备进行4h的烘烤，清除水分，完成后，进入下个工序；
63.molding：把烘烤完成的产品经自动注塑设备进行注塑封装，完成后进入下个工序；
64.激光打标：molding完成后，通过激光打标设备在成品上进行打印字符，完成后进入下个工序；
65.后固化：打完标识之后，把产品放置工装夹具上，送入后固化设备中进行后固化整平，完成后，进入下个工序；
66.切脚成型：通过切筋成型设备把整平的产品进行切脚折弯，按图纸成型，完成后进入下个工序；
67.电参数测试：整平后的模块进行电参数测试。
68.通过上述生产流程后，得到mips成品。
69.以上所述的仅为本实用新型的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本实用新型保护的范围，凡是在与本实用新型一个整体的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型保护的范围内。