電動車與油電混合車愈來愈受到市場青睞，不僅帶動車用功率模組需求攀升，亦激勵相關模組開發(fā)商不斷研發(fā)新一代封裝技術，以打造更節(jié)能、可靠且整合度更高的解決方案；同時業(yè)者間也彼此合作，開發(fā)接腳可相容的產品，進一步擴大整體市場規(guī)模。


Yole Developpement功率電子分析師Alexandre Avron
市場研究機構Yole Developpement預期，未來15～20年車廠將賣出幾千萬電動車與油電混合車。此需求使得功率電子封裝發(fā)展出現前所未有的急迫性，并為功率模組帶來可觀的商機。目前主要模組制造商，如英飛凌(Infineon)、丹佛斯(Danfoss)和西門康(Semikron)、日本的富士電子(Fuji Electronics)都在因應此一趨勢，開發(fā)新的制程技術。

滿足電動車可靠度要求DBC打線制程勢力抬頭

目前汽車的變頻器仍由馬達運轉，就如工業(yè)應用中的裝置，但它具備更高階的規(guī)格，例如能在各個不同的溫度及駕駛狀況下保持可靠度。因此，現今市場亟需一個耐用的功率模組，這對于電動車或油電混合車(EV/HEV)產品的研發(fā)有很大的幫助。

未來市場將會開始看到像丹佛斯、西門康及英飛凌等業(yè)者展現直接覆銅基板(DBC Substrates)、黏晶、互連及冷卻的較新解決方案，預期有許多創(chuàng)新的功率模組封裝，將轉移到其他產業(yè)。

在晶片互連方面，功率電子業(yè)目前廣泛運用的技術是鋁打線，但其他解決方案可能更具低阻抗值、較高導熱性和壽命更長的效能。由于鋁打線很脆弱，且它必須傳送電流，可能會因熱循環(huán)而使電流分離，在機械上經由振動或沖擊也可能發(fā)生上述狀況。目前可能替代它的一個選項是帶式焊接(Ribbon Bonding)，這就像是以一個非常大的打線取代許多打線，豐田已經將其用于油電混合車的某些模組中。

在其他解決方案能取代鋁打線之前，鋁打線在功率電子互連上的運用將相當有限。目前各家半導體業(yè)者都在研發(fā)取代的解決方案。其中，第一個方式是以銅替換鋁線，此舉能用封裝廠現有設備焊接，且銅能讓阻抗值大幅下降，增加導熱性，有利提高打線壽命。

第二個解決方案是在晶片之上使用軟層或DBC。此技術不用線材或點對點連結，而是用整片金屬箔片蓋在晶片上。西門康利用軟箔片，而其他模組廠商用硬箔片或某種DBC基板。模組廠商也須將電晶體和二極體黏著在模組封裝中，可處理較高的功率密度和更大的熱負荷。此外，對黏晶來說，概念是觀察能禁得起高溫的材料，DBC的熱膨脹系數也較低，而熱循環(huán)造成的分離亦能改善。



確保零組件可靠度模組封裝技術再進化

另一方面，微量銀粉材料則用于由西門康首創(chuàng)的燒結方式中，現在材料制造商也計劃以微量銀粉進行燒結，此方式的缺點在于制程，微量銀粉需要時間、30MPa壓力和250°C溫度將晶片燒結在DBC，這是個很大的技術問題，因為很困難、需時甚久，而晶片所有點的壓力都要一樣。德國料商賀利氏(Heraeus)也在研究利用白銀奈米顆粒，就可不受壓力及溫度限制進行燒結。有些公司也提供放在金屬箔片上的微量粉糊劑，相較于凝膠或糊劑，它更容易傳送及應用。

替代黏晶的方式為共熔接合，利用熔合銅及錫而產生的抗熱性。英飛凌生產它的.XT功率模組，使用銅及錫進行共熔焊接，該公司已能夠在DBC上混合非常薄層的銅和錫，并將晶片置于此夾層上。在高溫下，兩者混在一起，以更高的熔解溫度做熔合。

采用新一代封裝技術的功率模組不只是意味著能確保零組件，還有它們之間的連結和黏合可因應較高溫度與冷卻狀況。實現此一方式最主要概念是使冷卻液體更靠近變熱的晶片。目前已經有許多公司移除了晶片和冷卻系統(tǒng)間的夾層。例如，有的公司已去掉常會出現在DBC基板及冷卻系統(tǒng)間的基礎薄板，使液體直接碰觸到DBC。

新的封裝技術正推動油電混合車也帶動創(chuàng)新，日本企業(yè)如豐田、富士(Fuji)及三菱(Mitsubishi)為其中最明顯的例子。舉例來說，在豐田Prius由2004年到2010年的演進中，功率模組已擺脫了基礎薄板，使液體直接碰觸DBC；富士與三菱亦跟隨其腳步。這樣的努力可使由矽晶及寬能隙(Wide-bandgap)半導體做成的元件受惠，以絕緣閘雙極性電晶體(IGBT)制造的功率模組，其冷卻效果較好，壽命也較長。另外，矽化碳(SiC)也具相同特性，且利益甚至更大，因為能使元件在更高的溫度下運作。

攜手車廠開發(fā)模組晶片商擴大市場影響力

功率模組封裝近年來正逐步調整為新的方向，主要是由于功率組件及更高度整合的零組件已成為市場趨勢。由電動車帶起的創(chuàng)新情況正改變汽車電子產業(yè)。例如被動元件制造商沒有專業(yè)技術進入功率模組市場，甚至封裝制造或設計領域；然而，功率模組制造商則積極展開合作，如英飛凌與西門康已合力開發(fā)功率組件。

事實上，功率電子產業(yè)先前的出貨量低迷狀態(tài)也意味著，除了一些通用的模組尺寸外，僅少數的標準可適用整個產業(yè)。不過，此一狀況未來將獲得改善，因富士、英飛凌及西門康正一起研發(fā)接腳布置，因此他們不同的模組間可彼此相容。模組生產商直接和車廠合作，代表由第一層與第二層的成層作用(Stratification)的演進，此一狀況未來在汽車電子將可經常看到。

另一個進展可能是專業(yè)封裝廠的運用。目前大部分功率模組制造商都還沒將制程的任一階段轉包出去，但未來將會逐漸改變。主要的原因是由于不同國家的勞工成本都不一樣，丹佛斯位于德國，英飛凌則在德國或奧地利，但幾乎所有訊號和類比晶片及元件的封裝卻是在亞洲進行，因為勞工成本低很多。

Yole Developpement最近已看到許多中國大陸和臺灣企業(yè)想進入此市場，成為功率模組承包商，這和汽車制造的高產量相稱，也和再生能源、太陽光電及風力變頻器利益相符。雖然還很難說會如何演進，但相信未來有越來越多這類的公司出現，為汽車電子產業(yè)注入新的活水。