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变频又省电,电动车重要灵魂IGBT!
「 IGBT广泛的应用在电子装置中, 只要是有电力转换的地方,都需要用到IGBT, 从家用的冰箱、冷气机,工业用的马达,到电动车, 甚至是高铁都有IGBT的使用。 」
未来生活不可或缺的IGBT
IGBT(绝缘栅双极晶体管),(Insulated Gate Bipolar Transistor,下称IGBT),向来有电力电子CPU的称号,为一种功率开关元件,是由BJT(双极性接面电晶体)和MOSFET(金氧半场效电晶体)所组成的电压驱动式的半导体功率元件,具有高输入阻抗、高耐压、低导通压降的优点。
在民生用途上,变频的空调、冷气机都需要使用到IGBT以达到更有效节能的目的,而IGBT具低导通压降的特性,可以更加提升电子点火系统对燃料的效率。
此外,随着电动车/电动机车的兴起,IGBT更是未来产业发展的焦点,一台电动车需使用的IGBT数量达上百颗,是传统汽车的七到十倍。在工业用途上,则是有AC伺服马达、变频器、风力及太阳能发电等绿电应用,在高压部份则是高速铁路等轨道运输以及电网的应用。
晶圆产业供应链一大缺口: IGBT后段制程
既然IGBT是如此有远景及发展潜力的产品,为何目前在全世界的销售中,没有台湾厂商的出现呢?台湾有著成熟的半导体设计与制造的能力,为何不见台湾品牌所制造的IGBT?
最主要的问题是IGBT的后段制程技术掌握在极少数IDM厂中,早期IGBT是采用一条龙IDM方式生产IGBT;然而随着国际IDM半导体大厂,逐步走向轻晶圆或无晶圆化(Fabless),尽管面对庞大IGBT需求,仍然不再扩建晶圆厂,改用委外代工生产模式下,IGBT前段代工制程,虽可由现有晶圆代工厂提供,然而,最关键的IGBT后段制程(晶背制程)目前仍是产业供应链的瓶颈,形成一大缺口。
IGBT的后段制程,包括了晶圆薄化、多次离子植入、雷射退火、晶背金属化溅镀制程,部份厂商甚至要再多加一道气体退火制程,和传统的MOSFET晶背制程仅需要晶背薄化和蒸镀制程相比,有相当大的难度,而此部份在传统前段代工厂中,也缺少对于后段制程的布局,使得可以设计IGBT的公司,即使设计好,也无法透过代工厂投片来生产,这也是IGBT市场形成寡占的主要原因。
进军IGBT供应链,后段制程交给ProPowertek宜锦
ProPowertek宜锦打造完整的IGBT后段晶圆制程,从一开始的正面金属化制程中,可提供正面金属溅镀沉积 (Front-side Metal Sputtering Deposition)及化镀 / 无电镀 (Chemical / Electro-less Plating)服务;在晶圆薄化制程中,使用太鼓(Taiko)技术,可将晶圆薄化至50um。
而针对提供650V和1300V的IGBT, 必须薄化至70um/120um,ProPowertek宜锦均能提供高品质的生产服务,藉由透过与国际间的合作伙伴,为客户进行离子植入及雷射退火的委外制程制造。
在完成上述步骤后,最重要的背面金属制程,ProPowertek宜锦更可依照客户需求,进行铝突(Al spiking)或是不铝突(Non-Al spiking)的制程,以及后续的气体退火(Gas Annealing)制程。
