隨著 5G 通訊、新能源汽車、快充等新興行業應用對功率元器件效能需求的不斷提高,第一代半導體材料硅(Si)、鍺(Ge)以及第二代半導體材料砷化鎵(GaAs)和磷化銦(InP)對于溫度、頻率、功率已達極限,難以應用在更嚴苛環境上,因而第三代半導體材料應運而生。
1第三代半導體介紹
Third Generation Semiconductor
第三代半導體是指以碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)、氧化鋅(ZnO)、金剛石、氮化鋁(AIN)為代表的寬禁帶半導體材料制成的半導體元器件。
碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)是目前發展較為成熟的第三代半導體材料,被稱為第三代半導體材料的“雙雄”。
第三代半導體材料具有更寬的禁帶寬度、擊穿電場高、熱導率高、電子飽和速率高、抗輻射能力強等諸多優勢。與第一代、第二代傳統材料相比,第三代半導體材料更適合制造耐高溫、耐高壓、耐大電流的高頻大功率器件,比硅基器件更輕、更小巧,主要應用于光電、電力電子、和微波射頻三大領域,比如Mini/Micro LED、快充、新能源汽車和5G基站等行業。
2第三代半導體市場
The Market Size
在新能源汽車、工業互聯、5G通信、消費類電子等多重需求的強力拉動下,第三代半導體的市場規模高速增長。在未來,射頻和功率半導體全球市場上,第三代半導體無疑會是重要主角之一。
國內市場
2019年我國第三代半導體市場規模約為94.15億元,據預測,到2022年我國第三代半導體市場規模將達到623.42億元。2021年我國半導體產業鏈中,設計、制造、封測三業規模占比分別為43.2%、30.4%、26.4%,若按此比例推算,2022年我國第三代半導體封測市場約為162億元。
全球市場
TrendForce預測,2025年全球功率半導體元件及模組市場規模將達274 億美元,其中第三代半導體SiC/GaN 市場占比從2021 年不到5%,擴大至2025 年約17%,約47億美元。
根據 WSTS的最新數據,2021年全球半導體市場達到5529億美元,其中封測市場規模達618億美元,占比約11%。
若保守按11%計算,2025年全球第三代半導體封測市場,SiC/GaN 市場占比達6億美元。
封測設備市場
根據SEMI的數據,2022年,全球封裝設備市場規模有望達72.9億美元,同比增長4.29%;全球測試設備市場規模有望達81.7億美元,同比增長4.88%。
第三代半導體封裝工藝的變革,必然會帶動封測設備的升級,大幅度推動先進封測設備需求市場規模擴大。
3搶占封測市場的關鍵
Seize the key to the closed test market
對于第三代半導體企業來說,成本和可靠性是產業各環節無法回避的新挑戰,就封測環節而言,先進的封裝技術和封測設備是降本增效、提升良率的兩大關鍵。
隨著終端系統產品多任務、小體積的發展趨勢,集成電路封裝技術趨于高密度、高腳位、薄型化、小型化發展,對封測設備提出了更高的要求。
封裝技術迎新挑戰
盡管第三代寬禁帶半導體材料較傳統的Si材料,在材料性能上有很大的優勢,但是目前傳統的功率器件封裝技術都是為Si基功率器件設計的,將其用于第三代半導體功率器件時,會在使用頻率、散熱、可靠性等方面帶來新的挑戰,更先進的封裝技術對推動第三代半導體發展有舉足輕重的作用。
封測設備升級確保良率
碳化硅(SiC)襯底是莫氏硬度達9.2的高硬度脆性材料,因而在晶圓制備和封測過程中,容易出現翹曲、開裂等問題。
封測過程,需要對晶圓進行劃片、貼片、鍵合、檢驗等一系列工藝,涉及到對“裸晶”的高頻、高速、精準“拾取”的操作。因此,更先進的貼片機、固晶機、鍵合機等封測設備是降低“破片率”,提高封裝良率的關鍵,能有效降低第三代半導體器件應用成本。
我國半導體封測方面實力較強,但先進封測設備國產化較低。電機是封測設備的核心部件之一,直接影響貼片精度、成品良率。
為解決我國封測設備長期受國外技術“卡脖子”的問題,國奧科技自主研發的高精度電機,ZR雙軸集成,致力于為國內封測設備廠商提供更柔性的、高精度、高效率的封測方案,已然成為推動第三代半導體廣泛應用的中堅力量。
可編程高精力控,降低損耗
國奧直線旋轉電機帶有“軟著陸”功能,可實現±1g以內的穩定力度控制,支持速度、加速度及力度控制的程序化設定,使貼裝頭能夠以非常精準的壓力觸碰芯片表面,降低損耗;
采用中空Z軸設計,預留氣管接口,真空吸取、即插即用,并可根據元件結構及特性提供定制化服務。
高精度對位、貼片,保證良率
微米級位置反饋,獲取精準數據,±0.01N力控精度,±2μm直線重復定位精度,±0.01°旋轉重復定位精度,徑向偏擺小于10μm,編碼器分辨率標準1μm,可在高速運行狀態下仍穩定輸出,提升良率及可靠性。
“Z+R”軸集成設計,提升速度
創新性的雙軸集成化解決方案,將傳統“伺服馬達+滾珠絲桿”合二為一,解決了Z軸自重負載問題,高速、精準完成元件Pick & Place,貼裝等動作,推力曲線平滑,峰值推力8-50N,有效行程10-50mm ,超高循環壽命,實現高效生產。
體積小,重量輕,可電機組合排列
直線旋轉電機LRS2015重量僅605g,輕巧的機身重量大大減輕了設備高速運動中負載帶來的影響。電機厚度僅為20mm,在設備有限的內部空間中可以并排安裝多組電機,減少芯片貼裝往復運動過程,提升設備貼裝效率。
審核編輯:湯梓紅
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