隨著新能源汽車滲透率持續(xù)提升、光伏與儲能快速發(fā)展，功率半導體已成為支撐綠色能源轉型的關鍵底座。無論是提升逆變器效率，還是保障車規(guī)級可靠性，封裝工藝的創(chuàng)新與突破正在決定產業(yè)升級的速度與質量。

在這一背景下，奧芯明作為ASMPT的子品牌亮相PCIM Asia Shanghai，帶來圍繞Power Module與Power Discrete兩大板塊的先進封裝解決方案，聚焦汽車與綠色能源等核心應用場景，助力客戶實現更高性能、更高可靠性的產品落地。奧芯明汽車功率半導體業(yè)務負責人凌曉淵在同期舉行的論壇上發(fā)表了題為《汽車主驅逆變器模塊燒結工藝解決方案》的演講，深入剖析了當前功率模塊市場的現狀與未來趨勢，更詳細介紹了ASMPT在燒結工藝領域的創(chuàng)新成果與技術突破，為功率半導體行業(yè)的發(fā)展提供了新的思路與方向。

IGBT仍主導功率半導體市場，SiC增長潛力顯著

凌曉淵首先從功率半導體市場格局切入。他指出，盡管目前IGBT仍在汽車功率模塊中占據主導地位，2024年占比約71%，但SiC MOSFET以其高效、高頻、耐高溫等優(yōu)勢，正以每年近20%的復合增長率快速崛起?！癝iC MOSFET目前已占24%的市場份額，從歷史數據對比來看，SiC MOSFET雖為行業(yè)熱點領域，但其市場增速尚未達到預期水平，核心制約因素在于應用場景拓展節(jié)奏與制程技術發(fā)展進度。”他強調。

不過，SiC MOSFET的長期增長趨勢明確。凌曉淵強調：“截至2030年，SiC MOSFET功率模塊的年復合增長率預計將達到20.1%，顯著高于IGBT功率模塊7.4%的年復合增長率，市場規(guī)模擴張潛力可觀?！睆膽妙I域分布來看，新能源汽車是功率半導體的核心需求場景，“新能源汽車領域對功率模塊的需求占比高達88.5%，是驅動市場增長的核心動力；同時，IGBT功率模塊在工業(yè)領域亦保持較高應用率，而在本次展會聚焦的汽車主驅系統(tǒng)中，功率半導體的性能表現直接影響整車動力與能耗水平?！?/p>

他進一步分析道，成本競爭是當前行業(yè)面臨的核心挑戰(zhàn)之一，而推動SiC應用的關鍵因素之一是成本的快速下降，“芯片價格每年都承受著巨大壓力，我們看到碳化硅襯底和芯片的價格正在持續(xù)走低，這為它在新能源汽車，特別是主驅逆變器中的大規(guī)模應用掃除了重要障礙?！彼硎?，這種趨勢使得SiC在追求高性能的800V高壓平臺和中高端車型中成為首選，而經濟型車型仍會在一段時間內主要采用IGBT方案?！癝iC功率模塊主要應用于20萬元以上中高端新能源汽車主驅系統(tǒng)，追求高性能的主機廠通常優(yōu)先選擇SiC主驅方案；而20萬元以下經濟型車型則仍以IGBT功率模塊為主，成本與性能的平衡是企業(yè)選型的核心考量因素?！彼麖娬{。

目前中國在功率模塊市場中占據了重要地位，2024年IGBT和SiC功率模塊的市場規(guī)模達到了95億美元左右。中國的十大模塊供應商中，IDM（垂直整合制造）企業(yè)占據主導地位，其中比亞迪、株洲中車時代電氣、士蘭微三家企業(yè)的市場份額合計超過50%，是行業(yè)競爭的核心焦點領域；同時，國內外其他廠商亦在加速布局，市場集中度呈現“頭部集中、腰部競爭”的特征。

燒結工藝成為汽車主驅模塊性能提升關鍵

隨著芯片材料的演進，封裝技術成為釋放芯片性能的關鍵。針對汽車主驅逆變器燒結工藝的發(fā)展趨勢，凌曉淵提出“三階段演進”觀點。他指出，功率模塊燒結工藝已從1.0階段的“芯片燒結”逐步升級，“1.0階段以SiC芯片燒結為核心，后續(xù)延伸至DTS（直接散熱）燒結，配合半橋塑封、雙面散熱塑封等工藝，形成‘燒結+塑封’一體化解決方案；奧芯明不僅提供單一燒結設備，還可提供熱貼、鍵合、塑封、成型等全流程設備支持，具備整線解決方案供應能力。”

進入2.0階段，燒結工藝的創(chuàng)新方向聚焦于材料與面積突破。“當前行業(yè)重點探索銅燒結技術可行性，同時大面積燒結成為研究熱點——主要應用于模塊與散熱器的連接、大尺寸AMB（功率模塊基板）與散熱器的燒結，解決高功率密度模塊的散熱與可靠性問題?！绷钑詼Y表示，“其中，平面型散熱器的大面積燒結技術已實現成熟量產，相關設備已應用于多款新能源汽車主驅系統(tǒng)。”

而3.0階段的核心方向是“嵌入式燒結”。凌曉淵介紹，近兩年嵌入式燒結成為行業(yè)研究熱點，目前處于技術摸索向成熟過渡的階段。該工藝通過將SiC芯片嵌入基板，并與PCB結合，取消傳統(tǒng)功率模塊封裝結構，直接實現PCB在電控系統(tǒng)中的功能替代，可進一步提升系統(tǒng)集成度與功率密度。

針對嵌入式PCB封裝的具體實現路徑，凌曉淵介紹，嵌入式PCB燒結主要分為兩步。第一步是SiC芯片與腔體（S-CELL或AMB基板）的燒結，可采用四種解決方案——一是配備厚軟膜的通用RFS模具；二是針對間隙≥0.5mm的大尺寸腔體，采用硬質FPS超窄間距獨立壓頭；三是帶厚軟PTFE膜的硬質FPS獨立壓頭；四是軟質壓頭工具，可適配芯片與基板的高度差問題。第二步是PCB與水冷散熱器的大面積燒結，可通過選擇性壓力壓頭或軟質壓頭實現，結合模具技術優(yōu)化，確保燒結均勻性與可靠性。

對于行業(yè)討論越來越多的大面積燒結面臨的技術挑戰(zhàn)，凌曉淵總結為四大核心問題。一是EMC（環(huán)氧模塑料）耐熱性限制，EMC玻璃化溫度通常低于200℃，而燒結需220-250℃高溫，如何在低溫環(huán)境下實現有效燒結是關鍵；二是產品翹曲問題，塑封后的模塊與散熱器易出現翹曲，導致接觸面平整度不足；三是壓力分布均勻性，燒結過程對壓力精度要求極高，不均勻壓力會影響連接可靠性；四是氧化防控，銅材質表面易氧化，尤其是大面積銅燒結對氧化防控的要求更為嚴苛。

ASMPT創(chuàng)新In-Tool Heater技術破解燒結挑戰(zhàn)

面對燒結工藝在實際應用中遇到的挑戰(zhàn)，尤其是高溫過程對塑封模塊可靠性的影響，凌曉淵詳細解讀了ASMPT的破局之道——創(chuàng)新的In-Tool Heater（模具內加熱）技術。

他指出，該技術的核心創(chuàng)新在于“模具無溫、定向加熱”——模具本身不具備加熱功能，通過在模具內部設置專用加熱裝置，直接對散熱器進行加熱，使散熱器溫度達到燒結所需的220-235℃，而模塊本體始終處于常溫狀態(tài)，有效避免EMC因高溫導致的可靠性下降問題。

相較于傳統(tǒng)加熱技術，In-tool Heater技術具備顯著優(yōu)勢。凌曉淵表示，傳統(tǒng)加熱方式需5-10分鐘才能升溫至燒結溫度，而In-tool Heater技術可在1分鐘內完成升溫，大幅提升生產效率；同時，加熱單元可根據燒結需求靈活布置，僅對需要燒結的區(qū)域進行加熱，實現“定向控溫”；此外，該技術支持溫度動態(tài)調節(jié)，可根據工藝需求設定升溫、保溫、降溫曲線，燒結完成后可在模具內直接降溫，降溫過程中保持燒結壓力，進一步提升連接可靠性。

凌曉淵以“三合一半橋輸出模塊”為例進行說明?！安捎肐n-tool Heater技術后，可在1分鐘內將散熱器升溫至220-235℃，完成模塊與散熱器的燒結；降溫階段可根據客戶需求將溫度從200℃降至100℃以下，全程保持壓力穩(wěn)定，有效解決EMC高溫失效問題。此外，該技術還可拓展應用于擴散焊工藝，具備‘一技多用’的靈活性?！彼麖娬{。

“在設備落地方面，ASMPT最新的燒結設備相較于前代產品，有效燒結面積顯著擴大，集成In-tool Heater技術，具備工作站功能，最多可擴展至4個壓機，與行業(yè)同類產品相比在兼容性與效率上具備優(yōu)勢；目前該設備已實現量產銷售，已有客戶將其應用于新能源汽車主驅逆變器生產，出貨量穩(wěn)步提升。

隨后凌曉淵展示了ASMPT在多種復雜結構上的成功燒結案例，包括帶有水口的異形散熱器以及平面散熱器?！盁o論是應對模塊本身的翹曲，還是散熱器表面的不平整，我們通過軟壓頭技術、選擇性壓力施加等方式，都能實現均勻、可靠的燒結連接。”他透露，采用這些技術的設備已經實現量產并交付給多家頭部客戶，應用于最新的新能源車型中。

最后，凌曉淵介紹了奧芯明品牌的獨特定位。他提到，作為擁有50年歷史的半導體裝備巨頭ASMPT在中國市場的獨立品牌，奧芯明承載著將全球領先技術與本土化創(chuàng)新深度融合的使命。

“奧芯明已實現‘技術、人才、供應鏈’三位一體的本土化發(fā)展——在上海臨港設立近7000平方米的研發(fā)中心，累計開發(fā)超過20款本土化設備；現有員工650余人，研發(fā)人員占比超24%，建立了完善的人才培訓體系；在全國設立10個服務點，配備500余名銷售、工藝及技術專家，與20余家本土產業(yè)鏈企業(yè)建立深度合作，實現設備快速交付與本地化服務?！彼麖娬{，“依托ASMPT 50年的半導體封裝設備技術積累，融合平臺級整合與本地化創(chuàng)新，深度參與客戶工藝開發(fā)，打造具備快交付、高適配、可升級能力的封裝設備鏈路，奧芯明始終堅持以‘先進科技，賦能中國芯’為使命，連接全球技術與本土智造，打造適配中國的先進封裝解決方案，成為‘中國半導體行業(yè)創(chuàng)新的推動者’?！?/p>