随着新能源汽车渗透率持续提升、光伏与储能快速发展，功率半导体已成为支撑绿色能源转型的关键底座。无论是提升逆变器效率，还是保障车规级可靠性，封装工艺的创新与突破正在决定产业升级的速度与质量。
在这一背景下，奥芯明作为ASMPT的子品牌亮相PCIM Asia Shanghai，带来围绕Power Module与Power Discrete两大板块的先进封装解决方案，聚焦汽车与绿色能源等核心应用场景，助力客户实现更高性能、更高可靠性的产品落地。奥芯明汽车功率半导体业务负责人凌晓渊在同期举行的论坛上发表了题为《汽车主驱逆变器模块烧结工艺解决方案》的演讲，深入剖析了当前功率模块市场的现状与未来趋势，更详细介绍了ASMPT在烧结工艺领域的创新成果与技术突破，为功率半导体行业的发展提供了新的思路与方向。
IGBT仍主导功率半导体市场，SiC增长潜力显著
凌晓渊首先从功率半导体市场格局切入。他指出，尽管目前IGBT仍在汽车功率模块中占据主导地位，2024年占比约71%，但SiC MOSFET以其高效、高频、耐高温等优势，正以每年近20%的复合增长率快速崛起。“SiC MOSFET目前已占24%的市场份额，从历史数据对比来看，SiC MOSFET虽为行业热点领域，但其市场增速尚未达到预期水平，核心制约因素在于应用场景拓展节奏与制程技术发展进度。”他强调。
不过，SiC MOSFET的长期增长趋势明确。凌晓渊强调：“截至2030年，SiC MOSFET功率模块的年复合增长率预计将达到20.1%，显著高于IGBT功率模块7.4%的年复合增长率，市场规模扩张潜力可观。”从应用领域分布来看，新能源汽车是功率半导体的核心需求场景，“新能源汽车领域对功率模块的需求占比高达88.5%，是驱动市场增长的核心动力；同时，IGBT功率模块在工业领域亦保持较高应用率，而在本次展会聚焦的汽车主驱系统中，功率半导体的性能表现直接影响整车动力与能耗水平。”
他进一步分析道，成本竞争是当前行业面临的核心挑战之一，而推动SiC应用的关键因素之一是成本的快速下降，“芯片价格每年都承受着巨大压力，我们看到碳化硅衬底和芯片的价格正在持续走低，这为它在新能源汽车，特别是主驱逆变器中的大规模应用扫除了重要障碍。”他表示，这种趋势使得SiC在追求高性能的800V高压平台和中高端车型中成为首选，而经济型车型仍会在一段时间内主要采用IGBT方案。“SiC功率模块主要应用于20万元以上中高端新能源汽车主驱系统，追求高性能的主机厂通常优先选择SiC主驱方案；而20万元以下经济型车型则仍以IGBT功率模块为主，成本与性能的平衡是企业选型的核心考量因素。”他强调。
目前中国在功率模块市场中占据了重要地位，2024年IGBT和SiC功率模块的市场规模达到了95亿美元左右。中国的十大模块供应商中，IDM（垂直整合制造）企业占据主导地位，其中比亚迪、株洲中车时代电气、士兰微三家企业的市场份额合计超过50%，是行业竞争的核心焦点领域；同时，国内外其他厂商亦在加速布局，市场集中度呈现“头部集中、腰部竞争”的特征。
烧结工艺成为汽车主驱模块性能提升关键
随着芯片材料的演进，封装技术成为释放芯片性能的关键。针对汽车主驱逆变器烧结工艺的发展趋势，凌晓渊提出“三阶段演进”观点。他指出，功率模块烧结工艺已从1.0阶段的“芯片烧结”逐步升级，“1.0阶段以SiC芯片烧结为核心，后续延伸至DTS（直接散热）烧结，配合半桥塑封、双面散热塑封等工艺，形成‘烧结 + 塑封’一体化解决方案；奥芯明不仅提供单一烧结设备，还可提供热贴、键合、塑封、成型等全流程设备支持，具备整线解决方案供应能力。”
进入2.0阶段，烧结工艺的创新方向聚焦于材料与面积突破。“当前行业重点探索铜烧结技术可行性，同时大面积烧结成为研究热点 —— 主要应用于模块与散热器的连接、大尺寸 AMB（功率模块基板）与散热器的烧结，解决高功率密度模块的散热与可靠性问题。”凌晓渊表示，“其中，平面型散热器的大面积烧结技术已实现成熟量产，相关设备已应用于多款新能源汽车主驱系统。”
而3.0阶段的核心方向是“嵌入式烧结”。凌晓渊介绍，近两年嵌入式烧结成为行业研究热点，目前处于技术摸索向成熟过渡的阶段。该工艺通过将SiC芯片嵌入基板，并与PCB结合，取消传统功率模块封装结构，直接实现PCB在电控系统中的功能替代，可进一步提升系统集成度与功率密度。
针对嵌入式PCB封装的具体实现路径，凌晓渊介绍，嵌入式PCB烧结主要分为两步。第一步是SiC芯片与腔体（S-CELL或AMB基板）的烧结，可采用四种解决方案 —— 一是配备厚软膜的通用RFS模具；二是针对间隙≥0.5mm的大尺寸腔体，采用硬质FPS超窄间距独立压头；三是带厚软PTFE膜的硬质FPS独立压头；四是软质压头工具，可适配芯片与基板的高度差问题。第二步是PCB与水冷散热器的大面积烧结，可通过选择性压力压头或软质压头实现，结合模具技术优化，确保烧结均匀性与可靠性。
对于行业讨论越来越多的大面积烧结面临的技术挑战，凌晓渊总结为四大核心问题。一是EMC（环氧模塑料）耐热性限制，EMC玻璃化温度通常低于200℃，而烧结需220-250℃高温，如何在低温环境下实现有效烧结是关键；二是产品翘曲问题，塑封后的模块与散热器易出现翘曲，导致接触面平整度不足；三是压力分布均匀性，烧结过程对压力精度要求极高，不均匀压力会影响连接可靠性；四是氧化防控，铜材质表面易氧化，尤其是大面积铜烧结对氧化防控的要求更为严苛。
ASMPT创新In-Tool Heater技术破解烧结挑战
面对烧结工艺在实际应用中遇到的挑战，尤其是高温过程对塑封模块可靠性的影响，凌晓渊详细解读了ASMPT的破局之道——创新的In-Tool Heater（模具内加热）技术。
他指出，该技术的核心创新在于“模具无温、定向加热”—— 模具本身不具备加热功能，通过在模具内部设置专用加热装置，直接对散热器进行加热，使散热器温度达到烧结所需的 220-235℃，而模块本体始终处于常温状态，有效避免 EMC 因高温导致的可靠性下降问题。
相较于传统加热技术，In-tool Heater技术具备显著优势。凌晓渊表示，传统加热方式需5-10分钟才能升温至烧结温度，而In-tool Heater技术可在1分钟内完成升温，大幅提升生产效率；同时，加热单元可根据烧结需求灵活布置，仅对需要烧结的区域进行加热，实现“定向控温”；此外，该技术支持温度动态调节，可根据工艺需求设定升温、保温、降温曲线，烧结完成后可在模具内直接降温，降温过程中保持烧结压力，进一步提升连接可靠性。
凌晓渊以“三合一半桥输出模块”为例进行说明。“采用In-tool Heater技术后，可在1分钟内将散热器升温至220-235℃，完成模块与散热器的烧结；降温阶段可根据客户需求将温度从 200℃降至 100℃以下，全程保持压力稳定，有效解决EMC高温失效问题。此外，该技术还可拓展应用于扩散焊工艺，具备‘一技多用’的灵活性。”他强调。
“在设备落地方面， ASMPT最新的烧结设备相较于前代产品，有效烧结面积显著扩大，集成In-tool Heater技术，具备工作站功能，最多可扩展至4个压机，与行业同类产品相比在兼容性与效率上具备优势；目前该设备已实现量产销售，已有客户将其应用于新能源汽车主驱逆变器生产，出货量稳步提升。
随后凌晓渊展示了ASMPT在多种复杂结构上的成功烧结案例，包括带有水口的异形散热器以及平面散热器。“无论是应对模块本身的翘曲，还是散热器表面的不平整，我们通过软压头技术、选择性压力施加等方式，都能实现均匀、可靠的烧结连接。”他透露，采用这些技术的设备已经实现量产并交付给多家头部客户，应用于最新的新能源车型中。
最后，凌晓渊介绍了奥芯明品牌的独特定位。他提到，作为拥有50年历史的半导体装备巨头ASMPT在中国市场的独立品牌，奥芯明承载着将全球领先技术与本土化创新深度融合的使命。
“奥芯明已实现‘技术、人才、供应链’三位一体的本土化发展 —— 在上海临港设立近7000平方米的研发中心，累计开发超过20款本土化设备；现有员工650余人，研发人员占比超24%，建立了完善的人才培训体系；在全国设立10个服务点，配备500余名销售、工艺及技术专家，与20余家本土产业链企业建立深度合作，实现设备快速交付与本地化服务。”他强调，“依托ASMPT 50年的半导体封装设备技术积累，融合平台级整合与本地化创新，深度参与客户工艺开发，打造具备快交付、高适配、可升级能力的封装设备链路，奥芯明始终坚持以‘先进科技，赋能中国芯’为使命，连接全球技术与本土智造，打造适配中国的先进封装解决方案，成为‘中国半导体行业创新的推动者’。”
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