自動化塗覆技術在IGBT生產中的應用

前言

導熱矽脂目前被廣泛使用在散熱器的IGBT安裝面上,其目的在於填補各器件安裝面與散熱器之間的間隙,達到更均勻、更有效的散熱效果,避免器件因散熱不佳,導致溫度過高而損壞。為保證導熱矽脂均勻的分佈在IGBT上,其塗敷過程工藝至關重要。

自動化塗覆技術在IGBT生產中的應用

圖1 IGBT自動化塗覆裝置

導熱矽脂的塗覆工藝

目前,IGBT導熱矽脂的塗敷工藝主要有兩種,滾筒印刷塗覆和絲網印刷塗覆。

1、滾筒塗敷,該工藝是目前使用的最廣泛的塗覆方法。

(1)IGBT安裝前,用酒精將器件的安裝面和散熱器清洗乾淨;

(2)將導熱矽脂倒入容器內,用滾筒刷粘上導熱矽脂;

(3)在IGBT的安裝面反覆滾刷上一層導熱矽脂,目測矽脂是否塗滿IGBT安裝面,最後再將IGBT安裝在散熱器上。

2、絲網印刷塗敷,有一定技術門檻,主要用於高階IGBT的塗覆。

(1)首先需設計IGBT塗覆工裝,主要有兩種工裝設計方法:根據絲網上篩網孔區導熱矽脂的塗敷面積設計;根據IGBT需要的導熱矽脂的塗覆厚度、面積及表面粗糙度設計;

(2)將IGBT元件倒放在塗敷工裝上;

(3)將工裝的網板面合上,確認IGBT塗敷模孔和IGBT散熱面吻合;

(4)開始塗覆作業,將導熱矽脂從網框一邊刮到另一邊,如此來回刮3-4次,直到導熱矽脂將絲網的網孔填平。

自動化塗覆技術的實現原理

本技術基於上述絲網板印刷塗覆的工藝,參考人工絲網印刷塗覆的動作,透過電機驅動各個執行機構,實現利用機械自動化進行IGBT塗覆作業,避免了傳統人工塗覆勞動強度大、可靠性差、效率低下的作業模式。

自動化塗覆技術在IGBT生產中的應用

圖2 手工絲網塗覆

經過實驗分析絲網印刷塗覆效果明顯優於滾筒塗覆,為確保技術的先進性,自動塗覆技術採用了絲網印刷塗覆的原理進行設計實現。

自動化塗覆技術在IGBT生產中的應用

圖3 左側為滾筒塗覆,右側為絲網塗覆

首臺套自動化塗覆裝置樣機的研製

為滿足塗覆作業需求企業智慧化、模組化、穩定性強的裝置要求,自動化塗覆裝置應至少擁有以下特性:

1。塗覆模組計數

2。刮塗次數可調

3。導熱矽脂供料可控

4。絲網更換提醒

5。系統故障報警

6。掃碼記錄功能

7。手動和電動復位功能

自動化塗覆技術在IGBT生產中的應用

圖4 自動化塗覆裝置各結構示意圖

自動化塗覆裝置執行的工藝說明

1、工件首先經過掃碼記錄,自行行走至塗覆位,並固定。

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2、絲網壓下,準備加註導熱矽脂原料,該模組主要由升降電動缸、刮刀機構、絲網調整機構組成。絲網四邊張力可快速調整,絲網夾於上、下固定板中央,可自動調節與工件的水平度。

自動化塗覆技術在IGBT生產中的應用

3、注入導熱矽脂。注入機構採用活塞式注入原理,活塞固定,步進電機驅動絲桿推動料桶,導熱矽脂由活塞中心的孔道進入噴頭中,確保注入量穩定可控。

自動化塗覆技術在IGBT生產中的應用

4、刮刀下壓,行走機構塗覆導熱矽脂。利用直線模組可實現刮刀重複定位精度達到0。05mm,行走穩定,能夠根據不同塗覆要求自動微調刮刀與絲網間的距離(壓力),同時刮刀“刀刃”與絲網平行度可調整。

自動化塗覆技術在IGBT生產中的應用

5、刮刀升起,絲網升起,工件掃碼並退出,完成一個IGBT模組的塗覆作業。

自動化塗覆技術在IGBT生產中的應用

自動化塗覆裝置的優勢

1、裝置整體執行機構全部有隔離保護,防止人員誤觸發生意外傷害。

2、在非標模組設計中採用標準化的設計理念,執行機構均採用標準產品,它的優勢是結構緊湊、應用成熟、效能可靠,直線行走機構重複定位精度高(0。05mm)。

3、注料頭與原料供應裝置直連,儘可能的縮短了匯入行程,注料頭採用標準產品與成熟技術,能夠保證注入原料的均勻。

4、可快速實現絲網安裝及張力調整。

5、採取國際一流的控制系統,引數配置全面,符合智慧製造的生產理念。

自動化塗覆技術在IGBT生產中的應用

圖5 系統控制介面

自動化塗覆技術與裝置的應用前景

目前我國的塗覆工藝仍停留在傳統的時代,在引進國際高階裝置時,未能進行很好的消化、吸收、創造,仿製的相關裝置也未能在市場競爭中加強改進,與國際品牌相比競爭力不強。未來自動化塗覆行業的發展,不應僅限於對自動化塗覆裝置本身的研發及應用,還要在相關原料上下工夫,加快轉型進級的步伐,以應對快速增長的市場需求及日益多元化的使用者定製要求。北鋼聯所研製的IGBT導熱矽脂自動化塗覆裝置,開啟了塗覆工藝機械自動化生產的時代,該樣機可能衍生出更多的版本型號,預計將對電力、電子、軌道交通、航空航天等領域產生深遠影響。

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