IGBT，是復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件，現(xiàn)代電力電子行業(yè)里的“CPU”，主要作用是功率變換。自20世紀(jì)80年代發(fā)展至今，其芯片技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了7代升級(jí)，現(xiàn)在的IGBT已經(jīng)成為集通態(tài)壓降低、開關(guān)速度快、高電壓低損耗、大電流熱穩(wěn)定性好等等眾多特點(diǎn)于一身，而這些技術(shù)特點(diǎn)正是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(qū)動(dòng)、工控變頻器、光伏風(fēng)電、儲(chǔ)能逆變器和充電樁的核心部件。在新能源汽車爆發(fā)之前，已廣泛應(yīng)用于家電、工控等領(lǐng)域，市場(chǎng)前景廣闊。
IGBT功率模塊多芯片系統(tǒng)封裝現(xiàn)狀
中國(guó)已經(jīng)成為全球最大的IGBT市場(chǎng)，根據(jù)Yole數(shù)據(jù)顯示，2021年我國(guó)IGBT行業(yè)產(chǎn)量將達(dá)到0.26億只，需求量約為1.32億只。預(yù)計(jì)2022年我國(guó)IGBT行業(yè)產(chǎn)量將達(dá)到0.41億只，需求量約為1.56億只。未來5年，中國(guó)的新能源汽車市場(chǎng)還將保持強(qiáng)勢(shì)增長(zhǎng)，車用IGBT市場(chǎng)規(guī)模巨大。
數(shù)據(jù)來源：Yole，中商產(chǎn)業(yè)研究院整理
針對(duì)細(xì)分領(lǐng)域IGBT芯片貼裝裝備，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)主要被BESI和INFOTECH 兩家壟斷。其中，INFOTECH 市場(chǎng)占有率約45%，較適應(yīng)焊片工藝，國(guó)內(nèi)主要客戶群有賽晶，宏微，中車，中芯國(guó)際，英飛凌等。BESI市場(chǎng)占有率約30%，較適應(yīng)焊膏工藝，國(guó)內(nèi)主要客戶群有斯達(dá)，英飛凌、士蘭微等。IGBT是事關(guān)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)性產(chǎn)品，如此重要的IGBT，長(zhǎng)期以來我國(guó)卻不得不面對(duì)依賴進(jìn)口的尷尬局面。隨著行業(yè)景氣度逐漸好轉(zhuǎn)和政策的推動(dòng)，亦有不少新進(jìn)入者搶奪市場(chǎng)。恩納基智能科技無錫有限公司，自主研發(fā)的M18多芯片智能貼裝裝備，同時(shí)適用于IGBT芯片焊膏/焊片貼裝兩種工藝，國(guó)內(nèi)主要客戶群有斯達(dá)、宏微、比亞迪、士蘭微、啟迪、芯能等，能以較成熟和豐富的產(chǎn)品工藝應(yīng)用支持配合客戶。
國(guó)內(nèi)外IGBT功率模塊多芯片系統(tǒng)封裝貼片裝備對(duì)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(wù)于通訊模塊、功率模塊、傳感器模組、攝像頭模組等微組裝領(lǐng)域。5年來，通過采用自主研發(fā)的多軸驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)、亞像素級(jí)圖像算法技術(shù)、精密光學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)、PC-base實(shí)時(shí)軟件技術(shù)、精密機(jī)械設(shè)計(jì)及系統(tǒng)工程技術(shù)，為用戶提供更柔性、更穩(wěn)定、更精準(zhǔn)、更優(yōu)性價(jià)比的智能裝備。其產(chǎn)品也已經(jīng)服務(wù)于新能源汽車、電力電子等技術(shù)門檻高且認(rèn)證壁壘高的芯片封裝設(shè)備領(lǐng)域。
IGBT產(chǎn)業(yè)鏈配套還不足，與國(guó)外差距明顯
目前中國(guó)IGBT行業(yè)已經(jīng)能夠具備一定的產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同能力，但國(guó)內(nèi)IGBT技術(shù)在芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造、模塊封裝等環(huán)節(jié)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(shù)的主要難點(diǎn)，在這些方面我們與國(guó)外企業(yè)差距較為明顯。
IGBT從業(yè)人士表示，目前國(guó)內(nèi)IGBT主要受制于晶圓生產(chǎn)的瓶頸，首先是沒有專業(yè)的代工廠進(jìn)行IGBT的代工，原8寸溝槽IGBT產(chǎn)品主要在華虹代工，但是IGBT并非華虹主營(yíng)業(yè)務(wù)，產(chǎn)品配額極其匱乏，且價(jià)格偏高。但是隨著中芯國(guó)際紹興工廠和青島芯恩半導(dǎo)體的晶圓廠的落成并擴(kuò)產(chǎn)，相信這個(gè)局面會(huì)有很大改觀。
除了晶圓生產(chǎn)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(yè)級(jí)要高得多，逆變器內(nèi)溫度最高可達(dá)120℃，同時(shí)還要考慮強(qiáng)振動(dòng)條件。因此封裝要求遠(yuǎn)高于工業(yè)級(jí)別。而IGBT封裝的主要目的是散熱，其關(guān)鍵是材料。在IGBT封裝材料方面，日本在全球遙遙領(lǐng)先，德國(guó)和美國(guó)處于跟隨態(tài)勢(shì)，我國(guó)的材料科學(xué)則相對(duì)落后。所以，可以看出，IGBT是一個(gè)對(duì)產(chǎn)線工藝細(xì)節(jié)依賴性極強(qiáng)的公司，以英飛凌自己報(bào)告為例，同樣的設(shè)計(jì)，在6寸和8寸晶圓生產(chǎn)線上產(chǎn)出的產(chǎn)品性能差異極大，同樣兩條8寸晶圓生產(chǎn)線上產(chǎn)出的產(chǎn)品同樣性能差異極大。這就意味著設(shè)計(jì)公司不能跳出代工廠的支持獨(dú)立存在。所以，最好的路線就是IDM，這也是IGBT企業(yè)走向大而強(qiáng)的必經(jīng)之路。
嘉興斯達(dá)半導(dǎo)體股份有限公司，國(guó)內(nèi)IGBT領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)。成立于2005年4月，是一家專業(yè)從事功率半導(dǎo)體芯片和模塊尤其是IGBT芯片和模塊研發(fā)、生產(chǎn)和銷售服務(wù)的國(guó)家級(jí)高新技術(shù)企業(yè)。公司主要產(chǎn)品為功率半導(dǎo)體元器件，包括IGBT、MOSFET、IPM、FRD、SiC等等，產(chǎn)品已被成功應(yīng)用于新能源汽車、變頻器、逆變焊機(jī)、UPS、光伏/風(fēng)力發(fā)電、SVG、白色家電等領(lǐng)域。
江蘇宏微科技股份有限公司，國(guó)家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程基地，國(guó)家IGBT和FRED標(biāo)準(zhǔn)起草單位。專注于設(shè)計(jì)、研發(fā)、生產(chǎn)和銷售新型電力半導(dǎo)體芯片、分立器件及模塊，如FRED、VDMOS、IGBT芯片、分立器件、標(biāo)準(zhǔn)模塊及用戶定制模塊(CSPM)等，其產(chǎn)品在變頻器、電焊機(jī)、UPS電源、充電樁、光伏逆變器、電能質(zhì)量管理、家用電器等諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
杭州士蘭微電子股份有限公司，國(guó)內(nèi)規(guī)模最大的集成電路芯片設(shè)計(jì)與制造一體（IDM）的企業(yè)之一，專業(yè)從事集成電路芯片設(shè)計(jì)以及半導(dǎo)體微電子相關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)。公司的技術(shù)與產(chǎn)品涵蓋了消費(fèi)類產(chǎn)品的眾多領(lǐng)域，在綠色電源芯片技術(shù)、MEMS傳感器技術(shù)、LED照明和屏顯技術(shù)、高壓智能功率模塊技術(shù)、第三代功率半導(dǎo)體器件技術(shù)、數(shù)字音視頻技術(shù)等多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域保持國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的地位。同時(shí)利用其在多個(gè)芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域的積累，為客戶提供針對(duì)性的芯片產(chǎn)品系列和系統(tǒng)性應(yīng)用解決方案。
