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

由于新能源汽車、光伏發(fā)電、變頻家電等下游應(yīng)用需求增加，全球IGBT行業(yè)增長態(tài)勢(shì)顯著。據(jù)中信證券測(cè)算，2021年IGBT全球市場(chǎng)規(guī)模約550億元，2022年~2025年市場(chǎng)規(guī)模有望保持20％的增速。

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

IGBT作為一種新型功率半導(dǎo)體器件，需要在大電流、高電壓、高頻率的環(huán)境下工作，其對(duì)穩(wěn)定性、可靠性要求較高，與普通IC芯片相比，IGBT有更多對(duì)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(xiàn)IGBT國產(chǎn)化，不僅需要研發(fā)出一套集芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造、封裝測(cè)試、可靠性試驗(yàn)、系統(tǒng)應(yīng)用等于一體的成熟工藝技術(shù)，更需要先進(jìn)的工藝設(shè)備。

隨著芯片減薄工藝的發(fā)展，對(duì)封裝提出了更高的要求。封裝環(huán)節(jié)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(yīng)惡劣環(huán)境。

一、IGBT產(chǎn)品分類

按照封裝形式和復(fù)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(qiáng)，適用于新能源汽車、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被稱成為“功率半導(dǎo)體皇冠上的明珠”，廣泛應(yīng)用于光伏電力發(fā)電、新能源汽車、軌道交通、配網(wǎng)建設(shè)、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(yīng)用產(chǎn)品類型為IGBT模塊。IGBT模塊的市占率能夠達(dá)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(guī)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(duì)IGBT模塊的需求趨勢(shì)。常見的模塊封裝技術(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(nèi)基本掌握了傳統(tǒng)的焊接式封裝技術(shù)，其中中低壓模塊封裝廠家較多，高壓模塊封裝主要集中在南車與北車兩家公司。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(tǒng)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、散熱性能與長期可靠性，并初步實(shí)現(xiàn)了商業(yè)應(yīng)用。

此外，不同下游應(yīng)用對(duì)封裝技術(shù)要求存在差異，例如車規(guī)級(jí)由于工作溫度高同時(shí)還需考慮強(qiáng)振動(dòng)條件，其封裝要求高于工業(yè)級(jí)和消費(fèi)級(jí)。

（1）傳統(tǒng)模塊封裝技術(shù)

傳統(tǒng)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(tǒng)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(yīng)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?zé)Y(jié)技術(shù)、銅銅鍵合技術(shù)。

研發(fā)出最適合國內(nèi)芯片的封裝設(shè)備，通過協(xié)同芯片設(shè)計(jì)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(xiàn)IGBT國產(chǎn)替代的必然。

隨著減薄工藝的發(fā)展，特定耐壓指標(biāo)的IGBT器件甚至?xí)鬁p薄到60~80μm，導(dǎo)致硅片極易破碎、翹曲，這給后期加工加大了難度，同時(shí)也意味著對(duì)封裝設(shè)備要求更高。

貼片是IGBT模塊封裝首要環(huán)節(jié)，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、劃片等問題發(fā)生，更柔性、更穩(wěn)定、更精準(zhǔn)、更快速的高精度芯片貼裝設(shè)備是貼片廠商攻占市場(chǎng)的關(guān)鍵。

國奧電機(jī)作為國內(nèi)先進(jìn)半導(dǎo)體封測(cè)設(shè)備核心部件供應(yīng)商，能實(shí)現(xiàn)IGBT模塊貼裝壓力控制在50g以內(nèi)；高精貼片（移動(dòng)分辨率0.001mm，拾取精度0.01mm），貼裝良率可達(dá)99.9%。

國奧電機(jī)以±0.1g的精準(zhǔn)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(jié)保駕護(hù)航。

高精度對(duì)位、貼片，保證良率

微米級(jí)位置反饋，獲取精準(zhǔn)數(shù)據(jù)，±0.01N力控精度，±2μm直線重復(fù)定位精度，±0.01°旋轉(zhuǎn)重復(fù)定位精度，徑向偏擺小于10μm，編碼器分辨率標(biāo)準(zhǔn)1μm，可在高速運(yùn)行狀態(tài)下仍穩(wěn)定輸出，提升良率及可靠性。

真空吸取，壓力可控，降低損耗

國奧直線旋轉(zhuǎn)電機(jī)采用中空Z軸設(shè)計(jì)，預(yù)留氣管接口，真空吸取、即插即用，并可根據(jù)元件結(jié)構(gòu)及特性提供定制化服務(wù)；

帶有“軟著陸”功能，可實(shí)現(xiàn)±1.5g以內(nèi)的穩(wěn)定力度控制，支持速度、加速度及力度控制的程序化設(shè)定，使貼裝頭能夠以非常精準(zhǔn)的壓力觸碰超薄芯片，降低損耗。

“Z+R”軸集成設(shè)計(jì)，提升速度

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

體積小，重量輕，可電機(jī)組合排列

直線旋轉(zhuǎn)電機(jī)LRS2015重量僅605g，輕巧的機(jī)身重量大大減輕了設(shè)備高速運(yùn)動(dòng)中負(fù)載帶來的影響。電機(jī)厚度僅為20mm，在設(shè)備有限的內(nèi)部空間中可以并排安裝多組電機(jī)，減少芯片貼裝往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程，提升設(shè)備貼裝效率。