變頻又省電,電動車重要靈魂IGBT!

「 IGBT廣泛的應用在電子裝置中,
只要是有電力轉換的地方,都需要用到IGBT,
從家用的冰箱、冷氣機,工業用的馬達,到電動車,
甚至是高鐵都有IGBT的使用。 」

未來生活不可或缺的IGBT

IGBT(絕緣柵雙極晶體管),(Insulated Gate Bipolar Transistor,下稱IGBT),向來有電力電子CPU的稱號,為一種功率開關元件,是由BJT(雙極性接面電晶體)和MOSFET(金氧半場效電晶體)所組成的電壓驅動式的半導體功率元件,具有高輸入阻抗、高耐壓、低導通壓降的優點。

在民生用途上,變頻的空調、冷氣機都需要使用到IGBT以達到更有效節能的目的,而IGBT具低導通壓降的特性,可以更加提升電子點火系統對燃料的效率。

此外,隨著電動車/電動機車的興起,IGBT更是未來產業發展的焦點,一台電動車需使用的IGBT數量達上百顆,是傳統汽車的七到十倍。在工業用途上,則是有AC伺服馬達、變頻器、風力及太陽能發電等綠電應用,在高壓部份則是高速鐵路等軌道運輸以及電網的應用。

晶圓產業供應鏈一大缺口: IGBT後段製程

既然IGBT是如此有遠景及發展潛力的產品,為何目前在全世界的銷售中,沒有台灣廠商的出現呢?台灣有著成熟的半導體設計與製造的能力,為何不見台灣品牌所製造的IGBT?

最主要的問題是IGBT的後段製程技術掌握在極少數IDM廠中,早期IGBT是採用一條龍IDM方式生產IGBT;然而隨著國際IDM半導體大廠,逐步走向輕晶圓或無晶圓化(Fabless),儘管面對龐大IGBT需求,仍然不再擴建晶圓廠,改用委外代工生產模式下,IGBT前段代工製程,雖可由現有晶圓代工廠提供,然而,最關鍵的IGBT後段製程(晶背製程)目前仍是產業供應鏈的瓶頸,形成一大缺口。

IGBT的後段製程,包括了晶圓薄化、多次離子植入、雷射退火、晶背金屬化濺鍍製程,部份廠商甚至要再多加一道氣體退火製程,和傳統的MOSFET晶背製程僅需要晶背薄化和蒸鍍製程相比,有相當大的難度,而此部份在傳統前段代工廠中,也缺少對於後段製程的布局,使得可以設計IGBT的公司,即使設計好,也無法透過代工廠投片來生產,這也是IGBT市場形成寡佔的主要原因。

 

進軍IGBT供應鏈,後段製程交給ProPowertek宜錦

ProPowertek宜錦打造完整的IGBT後段晶圓製程,從一開始的正面金屬化製程中,可提供正面金屬濺鍍沈積 (Front-side Metal Sputtering Deposition)及化鍍 / 無電鍍 (Chemical / Electro-less Plating)服務;在晶圓薄化製程中,使用太鼓(Taiko)技術,可將晶圓薄化至50um。

而針對提供650V和1300V的IGBT, 必須薄化至70um/120um,ProPowertek宜錦均能提供高品質的生產服務,藉由透過與國際間的合作夥伴,為客戶進行離子植入及雷射退火的委外製程製造。

在完成上述步驟後,最重要的背面金屬製程,ProPowertek宜錦更可依照客戶需求,進行鋁突(Al spiking)或是不鋁突(Non-Al spiking)的製程,以及後續的氣體退火(Gas Annealing)製程。

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