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《功率电子封装技术趋势和市场预测》报告
上传更新:2016-04-26

2016-04-25    摘自麦姆斯咨询

      功率电子的封装技术为电力电子系统增加了巨大价值。2020年,功率电子的封装市场规模将达到17亿美元,占功率模块市场的30%。

1、功率电子的封装性能现在必须满足市场需求

      为了提高功率模块的成品率和可靠性,各家厂商正在为新产品研发封装技术(包括新设计和新材料),尤其是一些常见的失效环节,如芯片和基板的粘接、互连与密封。例如芯片粘接,受益于银浆烧结技术发展,焊接正逐步失去市场份额。虽然基本材料比较贵,但是考虑到廉价的设备和制造成本,以及可靠性的提高,银浆结烧技术吸引了越来越多的厂商。标准的引线键合技术也在演变,采用增加接触面积的解决方案,如球键合和楔键合。封装技术的发展必须满足高温操作:由于硅凝胶或环氧树脂在温度方面受限,因此,新材料,如聚对二甲苯,正在兴起。

      由于环境和技术的要求,电力电子市场正面临着诸多挑战,因此,功率电子的封装技术发展是顺应时代的表现。提高功率密度和优化电源转化(二氧化碳减排)是关键。为了实现宏伟的政府目标,需要在器件和模块两个层面实现技术突破。此外,在封装技术中扮演重要角色的宽带隙(WBG)半导体能够实现更高效率的功率转换,从而使器件的高频、高压或高温能力充分发挥。

      电动汽车和混合动力汽车(EV/HEV)的增长将驱动未来几年电力电子市场成长。这对技术提出了更多要求,如尺寸和成本的限制、大批量生产和自动装配能力。此外,高压或高温等恶劣环境下的应用需求也不断增长。为了满足这些特殊需求,封装技术也将不断改进。

      本报告详细介绍标准功率模块的封装设计,包括衬底、导热界面材料、基板、芯片粘接、互连与密封等。除了关键技术,报告还给出市场数据和预测。

图1 标准功率模块的封装设计

2、2020年功率电子的封装材料市场将达到17亿美元

      几年前,电力电子市场规模很小,部分特殊需求衍生出极少的应用。现今,电力电子器件逐渐普及,如电力传输和分配领域。这一重要变化背后的主要动机是提高产量和减少二氧化碳排放,以满足政府需求。根据Yole调研显示,预计2014-2020年电力电子器件市场的年增长率高达7%,从将2014年的115亿美元增长到172亿美元,主要驱动因素是EV/HEV的发展和可再生能源的扩张。电力电子细分市场,无论是器件市场还是终端系统,也将实现增长。从地理区域上看,2014年亚太地区仍占据主导地位,并且这一趋势也有望继续保持,这主要归因于中国政府的雄心壮志。

      功率电子封装市场越来越大,主要由互连和基板业务驱动,2014年的增长率为14%,预计2020年的增长率为13%。2014-2020年,全球功率电子封装原材料的复合年增长率约为12%,预计2020年市场规模将达到17亿美元。

图2    2010-2020年功率模块的材料市场发展(in M$)

3、供应链向垂直整合方向发展

      为了提高性能并减少损耗,越来越多的电力电子应用选择使用功率模块来代替分立元件。在此情况下,制造商必须掌握功率模块组装技术。关键的功率模块制造技术成为器件厂商和逆变器厂商之间激烈竞争的领域。目前,功率模块制造商逐渐从专业公司采购封装材料,并在内部工厂进行模块组装。

      即使许多领域存在地区性偏好,但是对于小公司或初创公司而言,开发新设计依然一个良好的发展机遇。由于近期垂直整合收购和技术进步,中国的供应链发展很快。本报告介绍不同类型的商业模式和功率电子产业链各环节的公司。

图3 功率电子封装商业模式和供应链

4、分立功率器件封装:技术有待观察

      很长一段时间,分立功率器件只采用成熟的TO封装。但是,分立器件的封装技术持续发展,表面贴装器件(SMD)正变得越来越普遍。特别对于大范围应用,SMD具有巨大的优势,例如在EV/HEV领域,可以大量使用自动化设备贴装SMD,提高效率、降低成本。我们预计SMD将对市场产生强劲驱动力,逐步占据更多的电力电子市场。

还有一个趋势:功率电子也逐渐采用先进封装技术,如晶圆级封装或嵌入式封装。我们仔细分析了这些发展趋势,本报告不仅介绍了详细的技术解决方案,也提高了案例研究和发展趋势。

图4 分立功率器件的封装演进

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