聚焦IGBT产业链上的封装环节 为IGBT国产化保驾护航

由于新能源汽车、光伏发电、变频家电等下游应用需求增加，全球IGBT行业增长态势显著。据中信证券测算，2021年IGBT全球市场规模约550亿元，2022年~2025年市场规模有望保持20％的增速。

据悉，海外IGBT大厂英飞凌、安森美订单爆满。IGBT供需失衡，是国内企业抢占市场，拼技术的重要时刻，这将直接驱动IGBT国产化进程。

IGBT作为一种新型功率半导体器件，需要在大电流、高电压、高频率的环境下工作，其对稳定性、可靠性要求较高，与普通IC芯片相比，IGBT有更多对技术难题，比如芯片的减薄工艺，背面工艺等。

因而，要最终实现IGBT国产化，不仅需要研发出一套集芯片设计、晶圆制造、封装测试、可靠性试验、系统应用等于一体的成熟工艺技术，更需要先进的工艺设备。

随着芯片减薄工艺的发展，对封装提出了更高的要求。封装环节关系到IGBT是否能形成更高的功率密度，能否适用于更高的温度、拥有更高的可用性、可靠性，更好地适应恶劣环境。

一、IGBT产品分类
按照封装形式和复杂程度，IGBT产品可以分为裸片DIE、IGBT单管、IGBT模块和IPM模块。

1.裸片DIE：由一片晶圆切割而成的多颗裸片DIE；
 

2.IGBT单管：由单颗DIE封装而成的IGBT分立器件，电流能力小，适用于家电等领域；

3.IGBT模块：由多颗DIE并联封装而成，功率更大、散热能力更强，适用于新能源汽车、高铁、光伏发电等大功率领域；

4.IPM模块：在IGBT模块外围增加其他功能的智能功率模块（IPM）；

IGBT被称成为“功率半导体皇冠上的明珠”，广泛应用于光伏电力发电、新能源汽车、轨道交通、配网建设、直流输电、工业控制等行业，下游需求市场巨大。IGBT的核心应用产品类型为IGBT模块。IGBT模块的市占率能够达到50%以上，而IPM模块和IGBT单管分别只有28%左右和20%左右。从产品的投资价值来看，由于IGBT模块的价值量最大，有利于企业快速提升产品规模，其投资价值最大。

二、IGBT封装技术

IGBT模块封装是将多个IGBT集成封装在一起，以提高IGBT模块的使用寿命和可靠性，体积更小、效率更高、可靠性更高是市场对IGBT模块的需求趋势。常见的模块封装技术有很多，各生产商的命名也不一样，如英飞凌的62mm封装、TP34、DP70等等。

在模块封装技术方面，国内基本掌握了传统的焊接式封装技术，其中中低压模块封装厂家较多，高压模块封装主要集中在南车与北车两家公司。与国外公司相比，技术上的差距依然存在。国外公司基于传统封装技术相继研发出多种先进封装技术，能够大幅提高模块的功率密度、散热性能与长期可靠性，并初步实现了商业应用。

此外，不同下游应用对封装技术要求存在差异，例如车规级由于工作温度高同时还需考虑强振动条件，其封装要求高于工业级和消费级。

（1）传统模块封装技术

传统的IGBT模块封装技术主要有：金属覆铜基板布局、芯片键合、高温芯片连接、塑封技术等，但传统的模块封装技术未能充分发挥硅基材料高温及高频的作用，封装技术的局限性成为 IGBT 模块应用的瓶颈。

（2）新型模块封装技术方案

目前，最新的IGBT 模块封装技术研发主要聚焦在低温烧结技术、铜铜键合技术。

三、IGBT封装设备

研发出最适合国内芯片的封装设备，通过协同芯片设计技术、封装技术提高IGBT封装良品率和可靠性，是我国实现IGBT国产替代的必然。

随着减薄工艺的发展，特定耐压指标的IGBT器件甚至会要求减薄到60~80μm，导致硅片极易破碎、翘曲，这给后期加工加大了难度，同时也意味着对封装设备要求更高。

贴片是IGBT模块封装首要环节，即将两个或以上的IGBT芯片和其他芯片贴片到DBC板上。为了确保纳米银膏和芯片、DBC板接触良好，避免芯片弯折、翘曲、划片等问题发生，更柔性、更稳定、更精准、更快速的高精度芯片贴装设备是贴片厂商攻占市场的关键。

国奥电机作为国内先进半导体封测设备核心部件供应商，能实现IGBT模块贴装压力控制在50g以内；高精贴片（移动分辨率0.001mm，拾取精度0.01mm），贴装良率可达99.9%。

国奥电机以±0.1g的精准力控，赋能IGBT高精贴片，为IGBT国产替代进程中的封装环节保驾护航。

高精度对位、贴片，保证良率

微米级位置反馈，获取精准数据，±0.01N力控精度，±2μm直线重复定位精度，±0.01°旋转重复定位精度，径向偏摆小于10μm，编码器分辨率标准1μm，可在高速运行状态下仍稳定输出，提升良率及可靠性。

真空吸取，压力可控，降低损耗

国奥直线旋转电机采用中空Z轴设计，预留气管接口，真空吸取、即插即用，并可根据元件结构及特性提供定制化服务；

带有“软着陆”功能，可实现±1.5g以内的稳定力度控制，支持速度、加速度及力度控制的程序化设定，使贴装头能够以非常精准的压力触碰超薄芯片，降低损耗。

“Z+R”轴集成设计，提升速度

创新性的双轴集成化解决方案，将传统“伺服马达+滚珠丝杆”合二为一，解决了Z轴自重负载问题，高速、精准完成元件Pick & Place，贴装等动作，推力曲线平滑，峰值推力8-50N，有效行程10-50mm ，超高循环寿命，实现高效生产。

体积小，重量轻，可电机组合排列

直线旋转电机LRS2015重量仅605g，轻巧的机身重量大大减轻了设备高速运动中负载带来的影响。电机厚度仅为20mm，在设备有限的内部空间中可以并排安装多组电机，减少芯片贴装往复运动过程，提升设备贴装效率。