国奥科技:‘抢跑’第三代半导体封测市场的两大关键

2022-08-25


随着 5G 通讯、新能源汽车、快充等新兴行业应用对功率元器件效能需求的不断提高,第一代半导体材料硅(Si)、锗(Ge)以及第二代半导体材料砷化镓(GaAs)和磷化铟(InP)对于温度、频率、功率已达极限,难以应用在更严苛环境上,因而第三代半导体材料应运而生。



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第三代半导体介绍

Third Generation Semiconductor

第三代半导体是指以碳化硅(SiC)氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)、金刚石、氮化铝(AIN)为代表的宽禁带半导体材料制成的半导体元器件。

碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)是目前发展较为成熟的第三代半导体材料,被称为第三代半导体材料的“双雄”。


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第三代半导体材料具有更宽的禁带宽度、击穿电场高、热导率高、电子饱和速率高、抗辐射能力强等诸多优势。与第一代、第二代传统材料相比,第三代半导体材料更适合制造耐高温、耐高压、耐大电流的高频大功率器件,比硅基器件更轻、更小巧,主要应用于光电、电力电子、和微波射频三大领域,比如Mini/Micro LED、快充、新能源汽车和5G基站等行业。

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第三代半导体市场

The Market Size

在新能源汽车、工业互联、5G通信、消费类电子等多重需求的强力拉动下,第三代半导体的市场规模高速增长。在未来,射频和功率半导体全球市场上,第三代半导体无疑会是重要主角之一。

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国内市场

2019年我国第三代半导体市场规模约为94.15亿元,据预测,到2022年我国第三代半导体市场规模将达到623.42亿元。2021年我国半导体产业链中,设计、制造、封测三业规模占比分别为43.2%、30.4%、26.4%,若按此比例推算,2022年我国第三代半导体封测市场约为162亿元

全球市场

TrendForce预测,2025年全球功率半导体元件及模组市场规模将达274 亿美元,其中第三代半导体SiC/GaN 市场占比从2021 年不到5%,扩大至2025 年约17%,约47亿美元


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根据 WSTS的最新数据,2021年全球半导体市场达到5529亿美元,其中封测市场规模达618亿美元,占比约11%。

若保守按11%计算,2025年全球第三代半导体封测市场,SiC/GaN 市场占比达6亿美元

封测设备市场

根据SEMI的数据,2022年,全球封装设备市场规模有望达72.9亿美元,同比增长4.29%;全球测试设备市场规模有望达81.7亿美元,同比增长4.88%。


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第三代半导体封装工艺的变革,必然会带动封测设备的升级,大幅度推动先进封测设备需求市场规模扩大。

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抢占封测市场的关键

Seize the key to the closed test market

对于第三代半导体企业来说,成本和可靠性是产业各环节无法回避的新挑战,就封测环节而言,先进的封装技术和封测设备是降本增效、提升良率的两大关键。

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随着终端系统产品多任务、小体积的发展趋势,集成电路封装技术趋于高密度、高脚位、薄型化、小型化发展,对封测设备提出了更高的要求。

封装技术迎新挑战

尽管第三代宽禁带半导体材料较传统的Si材料,在材料性能上有很大的优势,但是目前传统的功率器件封装技术都是为Si基功率器件设计的,将其用于第三代半导体功率器件时,会在使用频率、散热、可靠性等方面带来新的挑战,更先进的封装技术对推动第三代半导体发展有举足轻重的作用。

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封测设备升级确保良率

碳化硅(SiC)衬底是莫氏硬度达9.2的高硬度脆性材料,因而在晶圆制备和封测过程中,容易出现翘曲、开裂等问题。

封测过程,需要对晶圆进行划片、贴片、键合、检验等一系列工艺,涉及到对“裸晶”的高频、高速、精准“拾取”的操作。因此,更先进的贴片机、固晶机、键合机等封测设备是降低“破片率”,提高封装良率的关键,能有效降低第三代半导体器件应用成本。

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我国半导体封测方面实力较强,但先进封测设备国产化较低。电机是封测设备的核心部件之一,直接影响贴片精度、成品良率。

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为解决我国封测设备长期受国外技术“卡脖子”的问题,国奥科技自主研发的高精度电机,ZR双轴集成,致力于为国内封测设备厂商提供更柔性的、高精度、高效率的封测方案,已然成为推动第三代半导体广泛应用的中坚力量。

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可编程高精力控,降低损耗

国奥直线旋转电机带有“软着陆”功能,可实现±1g以内的稳定力度控制,支持速度、加速度及力度控制的程序化设定,使贴装头能够以非常精准的压力触碰芯片表面,降低损耗;


采用中空Z轴设计,预留气管接口,真空吸取、即插即用,并可根据元件结构及特性提供定制化服务。


高精度对位、贴片,保证良率

微米级位置反馈,获取精准数据,±0.01N力控精度,±2μm直线重复定位精度,±0.01°旋转重复定位精度,径向偏摆小于10μm,编码器分辨率标准1μm,可在高速运行状态下仍稳定输出,提升良率及可靠性。


“Z+R”轴集成设计,提升速度

创新性的双轴集成化解决方案,将传统“伺服马达+滚珠丝杆”合二为一,解决了Z轴自重负载问题,高速、精准完成元件Pick & Place,贴装等动作,推力曲线平滑,峰值推力8-50N,有效行程10-50mm ,超高循环寿命,实现高效生产。


体积小,重量轻,可电机组合排列

直线旋转电机LRS2015重量仅605g,轻巧的机身重量大大减轻了设备高速运动中负载带来的影响。电机厚度仅为20mm,在设备有限的内部空间中可以并排安装多组电机,减少芯片贴装往复运动过程,提升设备贴装效率。


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