聚焦IGBT產(chǎn)業(yè)鏈上的封裝環(huán)節，為IGBT國產(chǎn)化保駕護航

由于新能源汽車(chē)、光伏發(fā)電、變頻家電等下游應用需求增加，全球IGBT行業(yè)增長(cháng)態(tài)勢顯著(zhù)。據中信證券測算，2021年IGBT全球市場(chǎng)規模約550億元，2022年~2025年市場(chǎng)規模有望保持20％的增速。

據悉，海外IGBT大廠(chǎng)英飛凌、安森美訂單爆滿(mǎn)。IGBT供需失衡，是國內企業(yè)搶占市場(chǎng)，拼技術(shù)的重要時(shí)刻，這將直接驅動(dòng)IGBT國產(chǎn)化進(jìn)程。

IGBT作為一種新型功率半導體器件，需要在大電流、高電壓、高頻率的環(huán)境下工作，其對穩定性、可靠性要求較高，與普通IC芯片相比，IGBT有更多對技術(shù)難題，比如芯片的減薄工藝，背面工藝等。

因而，要最終實(shí)現IGBT國產(chǎn)化，不僅需要研發(fā)出一套集芯片設計、晶圓制造、封裝測試、可靠性試驗、系統應用等于一體的成熟工藝技術(shù)，更需要先進(jìn)的工藝設備。

隨著(zhù)芯片減薄工藝的發(fā)展，對封裝提出了更高的要求。封裝環(huán)節關(guān)系到IGBT是否能形成更高的功率密度，能否適用于更高的溫度、擁有更高的可用性、可靠性，更好地適應惡劣環(huán)境。

一、IGBT產(chǎn)品分類(lèi)

按照封裝形式和復雜程度，IGBT產(chǎn)品可以分為裸片DIE、IGBT單管、IGBT模塊和IPM模塊。

1.裸片DIE：由一片晶圓切割而成的多顆裸片DIE；

2.IGBT單管：由單顆DIE封裝而成的IGBT分立器件，電流能力小，適用于家電等領(lǐng)域；

3.IGBT模塊：由多顆DIE并聯(lián)封裝而成，功率更大、散熱能力更強，適用于新能源汽車(chē)、高鐵、光伏發(fā)電等大功率領(lǐng)域；

4.IPM模塊：在IGBT模塊外圍增加其他功能的智能功率模塊（IPM）；

IGBT被稱(chēng)成為“功率半導體皇冠上的明珠”，廣泛應用于光伏電力發(fā)電、新能源汽車(chē)、軌道交通、配網(wǎng)建設、直流輸電、工業(yè)控制等行業(yè)，下游需求市場(chǎng)巨大。IGBT的核心應用產(chǎn)品類(lèi)型為IGBT模塊。IGBT模塊的市占率能夠達到50%以上，而IPM模塊和IGBT單管分別只有28%左右和20%左右。從產(chǎn)品的投資價(jià)值來(lái)看，由于IGBT模塊的價(jià)值量最大，有利于企業(yè)快速提升產(chǎn)品規模，其投資價(jià)值最大。

二、IGBT封裝技術(shù)

IGBT模塊封裝是將多個(gè)IGBT集成封裝在一起，以提高IGBT模塊的使用壽命和可靠性，體積更小、效率更高、可靠性更高是市場(chǎng)對IGBT模塊的需求趨勢。常見(jiàn)的模塊封裝技術(shù)有很多，各生產(chǎn)商的命名也不一樣，如英飛凌的62mm封裝、TP34、DP70等等。

在模塊封裝技術(shù)方面，國內基本掌握了傳統的焊接式封裝技術(shù)，其中中低壓模塊封裝廠(chǎng)家較多，高壓模塊封裝主要集中在南車(chē)與北車(chē)兩家公司。與國外公司相比，技術(shù)上的差距依然存在。國外公司基于傳統封裝技術(shù)相繼研發(fā)出多種先進(jìn)封裝技術(shù)，能夠大幅提高模塊的功率密度、散熱性能與長(cháng)期可靠性，并初步實(shí)現了商業(yè)應用。

此外，不同下游應用對封裝技術(shù)要求存在差異，例如車(chē)規級由于工作溫度高同時(shí)還需考慮強振動(dòng)條件，其封裝要求高于工業(yè)級和消費級。

（1）傳統模塊封裝技術(shù)

傳統的IGBT模塊封裝技術(shù)主要有：金屬覆銅基板布局、芯片鍵合、高溫芯片連接、塑封技術(shù)等，但傳統的模塊封裝技術(shù)未能充分發(fā)揮硅基材料高溫及高頻的作用，封裝技術(shù)的局限性成為 IGBT 模塊應用的瓶頸。

（2）新型模塊封裝技術(shù)方案

目前，最新的IGBT 模塊封裝技術(shù)研發(fā)主要聚焦在低溫燒結技術(shù)、銅銅鍵合技術(shù)。

研發(fā)出最適合國內芯片的封裝設備，通過(guò)協(xié)同芯片設計技術(shù)、封裝技術(shù)提高IGBT封裝良品率和可靠性，是我國實(shí)現IGBT國產(chǎn)替代的必然。

隨著(zhù)減薄工藝的發(fā)展，特定耐壓指標的IGBT器件甚至會(huì )要求減薄到60~80μm，導致硅片極易破碎、翹曲，這給后期加工加大了難度，同時(shí)也意味著(zhù)對封裝設備要求更高。

貼片是IGBT模塊封裝首要環(huán)節，即將兩個(gè)或以上的IGBT芯片和其他芯片貼片到DBC板上。為了確保納米銀膏和芯片、DBC板接觸良好，避免芯片彎折、翹曲、劃片等問(wèn)題發(fā)生，更柔性、更穩定、更精準、更快速的高精度芯片貼裝設備是貼片廠(chǎng)商攻占市場(chǎng)的關(guān)鍵。

國奧電機作為國內先進(jìn)半導體封測設備核心部件供應商，能實(shí)現IGBT模塊貼裝壓力控制在50g以?xún)?；高精貼片（移動(dòng)分辨率0.001mm，拾取精度0.01mm），貼裝良率可達99.9%。

國奧電機以±0.1g的精準力控，賦能IGBT高精貼片，為IGBT國產(chǎn)替代進(jìn)程中的封裝環(huán)節保駕護航。

高精度對位、貼片，保證良率

微米級位置反饋，獲取精準數據，±0.01N力控精度，±2μm直線(xiàn)重復定位精度，±0.01°旋轉重復定位精度，徑向偏擺小于10μm，編碼器分辨率標準1μm，可在高速運行狀態(tài)下仍穩定輸出，提升良率及可靠性。

真空吸取，壓力可控，降低損耗

國奧直線(xiàn)旋轉電機采用中空Z(yǔ)軸設計，預留氣管接口，真空吸取、即插即用，并可根據元件結構及特性提供定制化服務(wù)；

帶有“軟著(zhù)陸”功能，可實(shí)現±1.5g以?xún)鹊姆€定力度控制，支持速度、加速度及力度控制的程序化設定，使貼裝頭能夠以非常精準的壓力觸碰超薄芯片，降低損耗。

“Z+R”軸集成設計，提升速度

創(chuàng )新性的雙軸集成化解決方案，將傳統“伺服馬達+滾珠絲桿”合二為一，解決了Z軸自重負載問(wèn)題，高速、精準完成元件Pick & Place，貼裝等動(dòng)作，推力曲線(xiàn)平滑，峰值推力8-50N，有效行程10-50mm ，超高循環(huán)壽命，實(shí)現高效生產(chǎn)。

體積小，重量輕，可電機組合排列

直線(xiàn)旋轉電機LRS2015重量?jì)H605g，輕巧的機身重量大大減輕了設備高速運動(dòng)中負載帶來(lái)的影響。電機厚度僅為20mm，在設備有限的內部空間中可以并排安裝多組電機，減少芯片貼裝往復運動(dòng)過(guò)程，提升設備貼裝效率。