孔垂燊自动化涂覆技术在IGBT生产中的应用-北钢联工业智能装备定制专家

孔垂燊前言
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。

图1 IGBT自动化涂覆设备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、丝网印刷涂敷，有一定技术门槛，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。

图2 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3 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

图4 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。

图5 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。
北钢联—工业智能装备定制专家
北钢联的发展起始于2007年。作为全国智能制造装备研制产业的领军企业，北钢联在中国智能制造业发展中以创新的技术研发、专业的制造交付和诚信的服务支持显著地促进了中国工业企业的自动化与智能化。主要业务涵盖智能装配与检测、自动化设备与生产线研制、智能装备与系统集成等领域，是目前国内仅有的可提供规划、设计、制造、安装、集成、调试和运维于一体的整体解决方案提供商。