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IGBT功率模塊多芯片系統封裝,中國發展迅速
IGBT,是復合全控型電壓驅動式功率半導體器件,現代電力電子行業里的“CPU”,主要作用是功率變換。自20世紀80年代發展至今,其芯片技術已經經歷了7代升級,現在的IGBT已經成為集通態壓降低、開關速度快、高電壓低損耗、大電流熱穩定性好等等眾多特點于一身,而這些技術特點正式IGBT取代舊式雙極管成為電路制造中的重要電子器件的主要原因。
IGBT是新能源車電驅動、工控變頻器、光伏風電、儲能逆變器和充電樁的核心部件。在新能源汽車爆發之前,已廣泛應用于家電、工控等領域,市場前景廣闊。
一、IGBT功率模塊多芯片系統封裝現狀
中國已經成為全球最大的IGBT市場,根據Yole數據顯示,2021年我國IGBT行業產量將達到0.26億只,需求量約為1.32億只。預計2022年我國IGBT行業產量將達到0.41億只,需求量約為1.56億只。未來5年,中國的新能源汽車市場還將保持強勢增長,車用IGBT市場規模巨大。
針對細分領域IGBT芯片貼裝裝備,國內市場主要被BESI和INFOTECH 兩家壟斷。其中,INFOTECH 市場占有率約45%,較適應焊片工藝,國內主要客戶群有賽晶,宏微,中車,中芯國際,英飛凌等。BESI市場占有率約30%,較適應焊膏工藝,國內主要客戶群有斯達,英飛凌、士蘭微等。
IGBT是事關國家經濟發展的基礎性產品,如此重要的IGBT,長期以來我國卻不得不面對依賴進口的尷尬局面。隨著行業景氣度逐漸好轉和政策的推動,亦有不少新進入者搶奪市場。恩納基智能科技無錫有限公司,自主研發的M18多芯片智能貼裝裝備,同時適用于IGBT芯片焊膏/焊片貼裝兩種工藝,國內主要客戶群有斯達、宏微、比亞迪、士蘭微、啟迪、芯能等,能以較成熟和豐富的產品工藝應用支持配合客戶。
二、國內外IGBT功率模塊多芯片系統封裝貼片裝備對比
上文中提及的恩納基智能科技無錫有限公司成立于2016年,專注服務于通訊模塊、功率模塊、傳感器模組、攝像頭模組等微組裝領域。5年來,通過采用自主研發的多軸驅動控制系統技術、亞像素級圖像算法技術、精密光學設計技術、PC-base實時軟件技術、精密機械設計及系統工程技術,為用戶提供更柔性、更穩定、更優性價比的智能裝備。其產品也已經服務于新能源汽車、電力電子等技術門檻高且認證壁壘高的芯片封裝設備領域。
三、IGBT產業鏈配套還不足,與國外差距明顯
目前中國IGBT行業已經能夠具備一定的產業鏈協同能力,但國內IGBT技術在芯片設計、晶圓制造、模塊封裝等環節目前均處于起步階段。晶圓制造、背板減薄和封裝工藝是IGBT制造技術的主要難點,在這些方面我們與國外企業差距較為明顯。
IGBT從業人士表示,目前國內IGBT主要受制于晶圓生產的瓶頸,首先是沒有專業的代工廠進行IGBT的代工,原8寸溝槽IGBT產品主要在華虹代工,但是IGBT并非華虹主營業務,產品配額匱乏,且價格偏高。但是隨著中芯國際紹興工廠和青島芯恩半導體的晶圓廠的落成并擴產,相信這個局面會有很大改觀。
除了晶圓生產方面,在封裝方面也存在制約。車用IGBT的散熱效率要求比工業級要高得多,逆變器內溫度高可達120℃,同時還要考慮強振動條件。因此封裝要求遠高于工業級別。而IGBT封裝的主要目的是散熱,其關鍵是材料。在IGBT封裝材料方面,日本在全球領先,德國和美國處于跟隨態勢,我國的材料科學則相對落后。
所以,可以看出,IGBT是一個對產線工藝細節依賴性強的公司,以英飛凌自己報告為例,同樣的設計,在6寸和8寸晶圓生產線上產出的產品性能差異極,同樣兩條8寸晶圓生產線上產出的產品同樣性能差異極。這就意味著設計公司不能跳出代工廠的支持獨立存在。所以,好的路線就是IDM,這也是IGBT企業走向大而強的必經之路。