2016-04-25    摘自麥姆斯咨詢

      功率電子的封裝技術(shù)為電力電子系統(tǒng)增加了巨大價(jià)值。2020年，功率電子的封裝市場規(guī)模將達(dá)到17億美元，占功率模塊市場的30%。

1、功率電子的封裝性能現(xiàn)在必須滿足市場需求

      為了提高功率模塊的成品率和可靠性，各家廠商正在為新產(chǎn)品研發(fā)封裝技術(shù)（包括新設(shè)計(jì)和新材料），尤其是一些常見的失效環(huán)節(jié)，如芯片和基板的粘接、互連與密封。例如芯片粘接，受益于銀漿燒結(jié)技術(shù)發(fā)展，焊接正逐步失去市場份額。雖然基本材料比較貴，但是考慮到廉價(jià)的設(shè)備和制造成本，以及可靠性的提高，銀漿結(jié)燒技術(shù)吸引了越來越多的廠商。標(biāo)準(zhǔn)的引線鍵合技術(shù)也在演變，采用增加接觸面積的解決方案，如球鍵合和楔鍵合。封裝技術(shù)的發(fā)展必須滿足高溫操作：由于硅凝膠或環(huán)氧樹脂在溫度方面受限，因此，新材料，如聚對二甲苯，正在興起。

      由于環(huán)境和技術(shù)的要求，電力電子市場正面臨著諸多挑戰(zhàn)，因此，功率電子的封裝技術(shù)發(fā)展是順應(yīng)時(shí)代的表現(xiàn)。提高功率密度和優(yōu)化電源轉(zhuǎn)化（二氧化碳減排）是關(guān)鍵。為了實(shí)現(xiàn)宏偉的政府目標(biāo)，需要在器件和模塊兩個(gè)層面實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破。此外，在封裝技術(shù)中扮演重要角色的寬帶隙（WBG）半導(dǎo)體能夠?qū)崿F(xiàn)ggx率的功率轉(zhuǎn)換，從而使器件的高頻、高壓或高溫能力充分發(fā)揮。

      電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車（EV/HEV）的增長將驅(qū)動(dòng)未來幾年電力電子市場成長。這對技術(shù)提出了更多要求，如尺寸和成本的限制、大批量生產(chǎn)和自動(dòng)裝配能力。此外，高壓或高溫等惡劣環(huán)境下的應(yīng)用需求也不斷增長。為了滿足這些特殊需求，封裝技術(shù)也將不斷改進(jìn)。

      本報(bào)告詳細(xì)介紹標(biāo)準(zhǔn)功率模塊的封裝設(shè)計(jì)，包括襯底、導(dǎo)熱界面材料、基板、芯片粘接、互連與密封等。除了關(guān)鍵技術(shù)，報(bào)告還給出市場數(shù)據(jù)和預(yù)測。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)功率模塊的封裝設(shè)計(jì)

2、2020年功率電子的封裝材料市場將達(dá)到17億美元

      幾年前，電力電子市場規(guī)模很小，部分特殊需求衍生出極少的應(yīng)用?，F(xiàn)今，電力電子器件逐漸普及，如電力傳輸和分配領(lǐng)域。這一重要變化背后的主要?jiǎng)訖C(jī)是提高產(chǎn)量和減少二氧化碳排放，以滿足政府需求。根據(jù)Yole調(diào)研顯示，預(yù)計(jì)2014-2020年電力電子器件市場的年增長率高達(dá)7%，從將2014年的115億美元增長到172億美元，主要驅(qū)動(dòng)因素是EV/HEV的發(fā)展和可再生能源的擴(kuò)張。電力電子細(xì)分市場，無論是器件市場還是終端系統(tǒng)，也將實(shí)現(xiàn)增長。從地理區(qū)域上看，2014年亞太地區(qū)仍占據(jù)主導(dǎo)地位，并且這一趨勢也有望繼續(xù)保持，這主要?dú)w因于中國政府的雄心壯志。

      功率電子封裝市場越來越大，主要由互連和基板業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)，2014年的增長率為14%，預(yù)計(jì)2020年的增長率為13%。2014-2020年，全球功率電子封裝原材料的復(fù)合年增長率約為12%，預(yù)計(jì)2020年市場規(guī)模將達(dá)到17億美元。

圖2    2010-2020年功率模塊的材料市場發(fā)展（in M$）

3、供應(yīng)鏈向垂直整合方向發(fā)展

      為了提高性能并減少損耗，越來越多的電力電子應(yīng)用選擇使用功率模塊來代替分立元件。在此情況下，制造商必須掌握功率模塊組裝技術(shù)。關(guān)鍵的功率模塊制造技術(shù)成為器件廠商和逆變器廠商之間激烈競爭的領(lǐng)域。目前，功率模塊制造商逐漸從專業(yè)公司采購封裝材料，并在內(nèi)部工廠進(jìn)行模塊組裝。

      即使許多領(lǐng)域存在地區(qū)性偏好，但是對于小公司或初創(chuàng)公司而言，開發(fā)新設(shè)計(jì)依然一個(gè)良好的發(fā)展機(jī)遇。由于近期垂直整合收購和技術(shù)進(jìn)步，中國的供應(yīng)鏈發(fā)展很快。本報(bào)告介紹不同類型的商業(yè)模式和功率電子產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的公司。

圖3 功率電子封裝商業(yè)模式和供應(yīng)鏈

4、分立功率器件封裝：技術(shù)有待觀察

      很長一段時(shí)間，分立功率器件只采用成熟的TO封裝。但是，分立器件的封裝技術(shù)持續(xù)發(fā)展，表面貼裝器件（SMD）正變得越來越普遍。特別對于大范圍應(yīng)用，SMD具有巨大的優(yōu)勢，例如在EV/HEV領(lǐng)域，可以大量使用自動(dòng)化設(shè)備貼裝SMD，提高效率、降低成本。我們預(yù)計(jì)SMD將對市場產(chǎn)生強(qiáng)勁驅(qū)動(dòng)力，逐步占據(jù)更多的電力電子市場。

還有一個(gè)趨勢：功率電子也逐漸采用先進(jìn)封裝技術(shù)，如晶圓級封裝或嵌入式封裝。我們仔細(xì)分析了這些發(fā)展趨勢，本報(bào)告不僅介紹了詳細(xì)的技術(shù)解決方案，也提高了案例研究和發(fā)展趨勢。

圖4 分立功率器件的封裝演進(jìn)

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