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2019-08-04

福德正神器件清洗合明科技分享:分立功率器件封装材料市场和技术趋势与创新的封装工艺探究

发布者:合明科技Unibright ; 浏览次数:176

分立功率器件清洗合明科技分享:分立功率器件封装材料市场和技术趋势与创新的封装工艺探究


一、分立功率器件封装市场:增长缓慢,预计2024年将达到37亿美元


据麦姆斯咨询介绍,分立功率器件(整流器、MOSFET、IGBT、双极晶体管和晶闸管)是一个稳固的成熟市场,2018年市场规模为135亿美元,预计2018~2024年的复合年增长率为2.9%。分立功率器件产业的关键特性和需求包括器件的低成本、产品和供应商的大量选择、以及经过用户验证的高度标准化产品和技术(含封装技术)。事实上,分立功率器件封装技术(引线框架、芯片贴装、电气互连和封装)应具有上述特性。因此,很难将“设备集成商要求的大批量、标准化、低成本产品”与“创新的封装技术产生的额外成本”匹配起来。


不同封装解决方案的市场增长和市场规模是许多不同变量的复杂作用结果,包括器件需求演变、芯片尺寸、封装类型和使用的互连方法、缩小尺寸趋势、每个封装器件的半导体内容等。其中一些因素有利于市场增长,另一些则造成市场下滑,或形成平稳的市场演变。根据Yole分析,分立功率器件封装市场的发展将保持相当平稳,2018~2014年其市场复合年增长率为1.1%。预计到2024年,全球分立功率器件封装市场将达到37亿美元。


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2018~2024年全球分立功率器件封装市场


由于越来越多地采用铜制弹片(copper clips)作为传统导线和引线带楔焊键合的替代品,所以封装解决方案的主要变化体现在电气互联层面。预计电气互联市场将在2018年至2024年实现2.5%的复合年增长率。


二、封装创新者的焦点正在远离分立功率器件


封装解决方案和半导体芯片的选择越来越相关。采用宽带隙半导体芯片技术(SiC和GaN)为开发商带来了新的希望,使得创新的封装解决方案(高温环氧树脂、低电感电气互连、银烧结芯片键合等)的商业化变成可能。然而,硅(Si)、SiC、GaN功率器件封装的大多数技术发展都集中在其它器件类型上,根据定义,它们不属于分立器件类型:这些器件包括电源模块和集成器件,如片上系统(SoC)和系统级封装(SiP)。在这些器件之中,封装比分立器件更重要。创新的封装解决方案开发人员专注于这些集成器件,因为它们有更强的需求,并能提供更高的客户附加值和更强的差异化价值。

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封装创新聚焦集成器件,因为它比分立器件提供更高的附加值


电动汽车/混合电动汽车应用中的分立SiC器件正在向SiC模块逐步过渡,嵌入式芯片封装系统以及多芯片系统中的GaN器件集成只是这种发展趋势的几个例子。尽管采用宽带隙器件需要创新的封装解决方案,但是由于与硅相比,SiC和GaN技术的市场份额仍然很小,而且芯片尺寸较小,因此它们对封装材料市场的影响相当有限。综上所述,创新的封装技术解决方案只会对分类功率器件封装市场产生轻微影响。


三、分立功率器件封装仍然为材料供应商和封装厂商提供了机会


分立器件制造商(如英飞凌、安森美半导体、罗姆、富士电机)可以在其内部生产功率器件,或者可以将封装外包给半导体封测厂商(OSAT)。器件制造商和OSAT都希望为其客户提供创新的封装解决方案。通常,在第一项技术应用阶段,创新产品是在内部制造的。一旦需求变得重要,器件制造商就将该技术许可给其它公司或具有强大制造能力的OSAT。芯片键合材料、环氧树脂模塑化合物和互连材料通常由同一家材料供应商提供,这些供应商也将此解决方案提供给其它市场(功率模块、多芯片器件等)。引线框架主要由众多亚洲材料供应商提供,因为低成本和高产量是重要因素。随着应用需求的增加(例如电动汽车的热循环能力),以及减小器件尺寸和增加器件封装设计的复杂性,器件制造商越来越多地寻求能够提供特定解决方案,并能确保大批量生产中严格的角度和尺寸公差的封装厂商。

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分立功率器件封装解决方案厂商


安靠(Amkor)、日月光(ASE)、嘉盛(Carsem)、UTAC等先进封装厂商在智能手机和微电子应用的各种复杂器件封装方面拥有丰富的经验。功率产品,特别是低功率和中等功率范围,为他们提供了一个机会:可以将先进封装解决方案转移至功率器件,从而扩大他们的产品和客户组合。先进封装解决方案的最高附加值不是在“相当简单”的分立器件,而是在复杂的集成器件。

四、福德正神器件封装的主要技术和市场趋势


MR:分立功率器件封装的主要技术和市场趋势是什么?福德正神领域的最新创新,谢谢!


IS:支持宽带隙GaN和SiC晶圆的MIS、LGA和QFN CuClip、薄芯片、材料和封装。Carsem对以下封装技术进行了投入:金铝楔形键合、铝条带键合、共晶芯片贴装、高精度薄芯片连接和倒装芯片连接。我们还将关注功率器件的低损耗封装和成本降低。这种技术的需求主要来自于服务器和汽车等细分市场。这些应用都需要尺寸更小、重量更轻、热损失更低的封装技术。


MR:我们认为针对不同应用,会产生不同的封装形式。福德正神者讲解下在选择创新性封装技术时主要看哪些参数?


IS:主要是电气和热管理要求。高压封装通常对外部金属之间的最小距离有要求。导通电阻和发热会对这些器件性能产生不利影响,因此必须由封装设计和材料来控制。当然,上述要求的满足都必须以适当的成本来实现。由于功率产品的市场需求量会随着人工智能和物联网的发展、数据存储中心和汽车电气化趋势而增加,材料的选择需满足长短期的设计需求。


MR:您认为未来功率器件封装技术的演进趋势是什么?Carsem正在研究这些新的解决方案吗?


IS:分立功率器件封装方式的一个重要方向是寻求尺寸更小、重量更轻、功率效率相似或更好的封装方式,即DPaK、D2PaK。另一方面,我们看到了对电源模块和更好更可靠BOM(材料清单)的需求。我们积极致力于上述所有解决方案,并将自己定位为工业(主要是服务器)和汽车市场细分市场的首选OSAT。

文章来源于微信公众号: 麦姆斯咨询王懿 MEMS 


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【清洗小知识】

目前5G通讯和新能源汽车正进行得如火如荼,而功率器件及半导体芯片正是其核心元器件。为了确保功率器件和半导体芯片的品质和高可靠性,在封装前需要引入清洗工序和使用清洗剂。

功率器件和半导体封装前通常会使用助焊剂和锡膏等作为焊接辅料,这些辅料在焊接过程或多或少都会有部分残留物,还包括制程中沾污的指印、汗液、角质和尘埃等污染物。同时,功率器件和半导体的引线框架组装了铝、铜、铂、镍等敏感金属等相当脆弱的功能材料。这些敏感金属和特殊功能材料对清洗剂的兼容性提出了很高的要求。一般情况下,材料兼容性不好的清洗剂容易使敏感材料氧化变色或溶胀变形或脱落等产生不良现象。合明科技自主研发的功率器件和半导体水基清洗剂则是针对引线框架、功率半导体器件焊后清洗开发的材料兼容性好、清洗效率高的环保水基清洗剂。将焊锡膏清洗干净的情况下避免敏感材料的损伤。

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福德正神和免洗助焊剂需要清洗的原因

免洗锡膏和免洗助焊剂,并不是常人所能看到的残留物多少来定义免洗还是清洗。

PCBA电路板(线路板)电子组件制程中无论是用DIP波峰焊工艺进行焊接,所配合使用的助焊剂大部分是免洗助焊剂,或是SMT贴片制程中,各类品牌和型号的锡膏大部分是免洗锡膏。虽然各制造厂家工艺、设备条件不一,许多电子组件产品能实现免洗的制程而获得。合格的产品既然使用了免洗助焊剂,免洗锡膏作为组件焊接制成的主要材料,为什么现在又有许多组件在经过焊接后要求进行清洗工艺?听起来似乎有点矛盾,也让部分业内人士感觉迷惑,免洗助焊剂免洗锡膏还要进行清洗工艺进行清洗,是不是多此一举?

从技术角度的观点来看,我们所定义的免洗助焊剂和免洗锡膏,都是依据相关的技术标准来定义的(比如IPC,JIS标准),能满足标准要求,特别是满足腐蚀性和表面绝缘电阻等技术指标,既可称为免洗锡膏和免洗助焊剂。并不是常人所能看到的残留物多少来定义,作为免洗还是清洗,比方说:满足铜镜实验、绝缘电阻的指标特别是高温高湿后的绝缘电阻数据指标,福德正神要求就可称为免洗锡膏和免洗助焊剂,不能满足的不可称为免洗锡膏或助焊剂。

市面上称为免洗锡膏和助焊剂的产品,从规范的角度来说,视同是能够满足标准条件下定义的。随着技术发展的更新迭代和市场需求不断提高,PCBA电路板(线路板)电子组件产品体积越来越小,重量越来越轻,功能越来越强大,密度越来越高,脚间距越来越小。原来所使用的焊接材料助焊剂和锡膏,在更高可靠性要求的条件,不能用原有的标准来衡量产品的可靠性要求,为了保证电子产品有更好的可靠性保障。就需要将这些免洗锡膏和免洗助焊剂的残留物进行清除,从而得到更高可靠性的保障。这就是现在我们常常碰到的用免洗锡膏和助焊剂还需要进行清洗工艺的原由

往往此类高可靠性要求的PCBA电路板(线路板)电子组件会应用在通讯、航天航空、军品、医疗和轨道交通等等关键部位的设施和设备上。高可靠性是因为这些设施和设备不能失去功能,也不能因此而产生故障,因为产生故障的损失和影响非常大,所以这些PCBA电路板(线路板)组件制程只能选择以最高限度,最高标准来保障这些组件在功能和电气性能的可靠性,而把出现故障和破坏性损失的可能性降至最低。

举例来说,我们常见的手提电脑和手机的主板都不必做清洗工艺,因为在满足消费类电子产品场景下,现行的免洗锡膏和助焊剂就能满足这类组件产品在五年甚至更长时间的常规需要,而且它出现故障以后不会造成大面积的破坏。而作为通讯基站上的主板微波板电源板以及天线就需要高可靠性的保障,从而要求进行组件制造和工艺的技术要求更高,因为这一类板子出现的故障,将会影响这个地区基站所覆盖人群的通讯障碍,损失和影响会很大,破坏性也很强,所以只能对此类板子进行最高标准和可靠性要求的工艺制程来进行,彻底清除锡膏助焊剂残留等污染物。

免洗材料进行工艺制成后,是否选择清洗工艺主要出于两个因素方面考虑。免洗材料,免洗助焊剂、免洗锡膏在原有的技术规范和要求下实现的指标能达到高可靠性组件产品的要求。如未能达要求,就必须把残留物去除掉,满足相应的技术指标来达到可靠性。免洗材料的残留物在制程后可能产生电化学腐蚀、迁移,因温度、湿度和时间等影响因素的变化可能造成风险,对于满足免洗技术条件的产品,就不必清洗,但是对更高的技术条件不能满足时,清洗是最好的保障措施,彻底消除可能产生此类腐蚀和迁移破坏性风险。

电子电路板水基清洗工艺方式是目前最为可靠,安全,环保的工艺制程方式。按照IPC-CH-65B指导方向,水基清洗是必然方向,必经之路和终点。

最终电子产品被定义为满足什么样条件及状况下的技术要求,成为我们需不需要进行清洗工艺最重要的考虑要素。福德正神来说:你给电子组件产品定义了什么样的可靠性技术就决定了用不用清洗来作为最高的保障。

需要高可靠性的保障,那么免洗锡膏和免洗助焊剂必然是需要水基清洗!

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以上一文,仅供参考!

欢迎来电咨询合明科技分立功率器件清洗水基清洗解决方案,功率器件焊后助焊剂焊膏锡膏焊锡膏残留清洗水基清洗解决方案,水基清洗剂、PCBA线路板清洗、波峰焊助焊剂、电子组件制程水基清洗解决方案!


【阅读提示】

以上为合明科技在工业清洗方面的经验的累积,我们是国内自主掌握核心水基清洗技术的先创品牌,在水基清洗、环保清洗方面有着丰富的经验,也成为了IPC清洗标准主席单位。但是因为工业清洗问题内容广泛,没办法面面俱到,本文只对常见问题作分析,随着电子产业的不断更新换代,新的工艺问题也不断出现,本公司自成立以来不断追求产品的创新,做到与时俱进,熟悉各种生产复杂工艺,力争能为客户提供全方位的工业清洗解决方案。

 

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