德國英飛凌科技(Infineon Technologies)在沃斯樂啤酒的產(chǎn)地——瓦爾施泰因(Warstein)設(shè)有后工序基地。該公司在召開高輸出功率模塊新產(chǎn)品發(fā)布會(huì)之際，邀請參觀了該基地。英飛凌介紹，瓦爾施泰因基地主要生產(chǎn)可靠性要求較高的產(chǎn)品，包括工業(yè)設(shè)備、鐵路及可再生能源領(lǐng)域使用的高輸出功率模塊，以及混合動(dòng)力車及純電動(dòng)汽車等電動(dòng)車輛用功率模塊的封裝。這些均為配備IGBT的IGBT模塊。英飛凌瓦爾施泰因基地共有約1500名員工。

瓦爾施泰因還生產(chǎn)雙極元件，也就是前工序。前工序由關(guān)聯(lián)企業(yè)Infineon Technologies Bipolar(而不是英飛凌)負(fù)責(zé)。該公司是英飛凌與西門子2007年成立的合資企業(yè)。目前約有350名員工。

瓦爾施泰因基地的歷史

此次英飛凌讓媒體參觀的是寶馬的“i3”及“i8”采用的電動(dòng)車輛用功率模塊“HybridPack”系列的生產(chǎn)基地。這是一座被稱為Building 38的建筑，也是剛剛于2014年秋季前后投產(chǎn)的新工廠。

后工序大致分為兩道

功率模塊的后工序大致分為兩道。一道是將IGBT芯片和二極管芯片封裝到被稱為DCB基板的絕緣基板上的“基板(Substrate)工序”。另一道是將封裝好芯片的DCB基板裝入模塊的“外殼(Housing)工序”。兩道工序分別在不同的樓層進(jìn)行，都要經(jīng)過多道小工序才能完成。

基板工序首先將芯片的背面端焊接到基板上。晶圓已在前工序中切割完成，IGBT和二極管都變成了芯片。機(jī)器臂逐一拿起這些芯片配置到基板上之后，再進(jìn)行焊接。據(jù)英飛凌介紹，為了確保追溯性(Traceability)，會(huì)預(yù)先在DCB基板的棱角處封裝上保存有ID的小型芯片。

焊接好芯片之后，還要檢查是否合格，如果沒有問題的話，就會(huì)進(jìn)行引線鍵合。用引線進(jìn)行芯片上表面和DCB基板的鍵合或者芯片上表面之間的鍵合。鍵合之后也要檢查是否存在連接不良等問題。這些都屬于基板工序。如果引線鍵合沒有問題，就會(huì)轉(zhuǎn)向外殼工序。

此次參觀的基板工序的一部分

借助人工來完成

外殼工序首先是為DCB基板加上被稱為底板的金屬板。因?yàn)樾酒庋b在DCB基板的表面，所以底板要安裝在DCB的背面。雖然之前的工序除了搬運(yùn)作業(yè)之外，基本上全部采用自動(dòng)化，但粘合底板的工序則需要在一定程度上借助人工來完成。具體而言，由工人把底板和DCB基板疊放起來收納到殼體中。將底板和DCB基板放入殼體，連同殼體一起放入裝置。在該裝置內(nèi)，底板會(huì)被粘合在DCB基板的背面。然后，再用三維X射線裝置來檢測是否合格，如果沒有問題的話，就會(huì)轉(zhuǎn)向下一道工序。

粘合好底板之后，就要安裝模塊的外裝——“殼體”了。在底板的上下左右各邊涂上粘合劑，安上殼體并用螺絲固定。一系列工序都是在類似于帶式傳送機(jī)的帶搬運(yùn)功能的大型裝置內(nèi)實(shí)施的。由設(shè)置在該裝置內(nèi)的機(jī)器臂拿起并搬運(yùn)裝上帶底板的DCB基板和殼體之后的模塊。另外，機(jī)器臂是日本發(fā)那科的產(chǎn)品。

加上殼體之后，需要在模塊內(nèi)部對殼體的金屬端子和絕緣基板進(jìn)行電連接。該金屬端子用來向模塊內(nèi)部輸入功率或從模塊內(nèi)部向外輸出功率。將該端子與DCB基板連接在一起，就能與DCB基板上的功率半導(dǎo)體芯片進(jìn)行功率交換了。

如果是高輸出功率產(chǎn)品的話，因電流較大，要用銅帶(Cu)來連接DCB基板和殼體端子。并利用超聲波來接合銅帶。如果是輸出功率較小的功率模塊，則會(huì)通過鋁(Al)絲(而不是銅帶)引線鍵合來連接。

加上護(hù)蓋進(jìn)行各種測試

裝好殼體后對殼體端子和DCB進(jìn)行電連接時(shí)，模塊還處于沒有加上“護(hù)蓋”的狀態(tài)，可以看到里面的DCB基板和該基板上的芯片。最后，還要在潔凈度更高的隔離區(qū)，在模塊上端加上護(hù)蓋進(jìn)行密封，這樣模塊才算完成。

對制造完成的模塊進(jìn)行溫度測試及絕緣測試等各種測試之后，如果沒有問題，就可以出貨了。該測試工序要在對人來說十分危險(xiǎn)的環(huán)境中實(shí)施，因此完全采用自動(dòng)化，測試工序車間用金屬網(wǎng)隔離起來，以防止工人不小心闖入。模塊用機(jī)器臂來搬運(yùn)。溫度測試區(qū)采用的機(jī)器臂是瑞士Staubli公司的“TX60”產(chǎn)品。

在此次參觀的Building 38內(nèi)，筆者看到有些地方留出了大面積空間。向解說員詢問，回答說是隨著電動(dòng)車輛的増加，英飛凌預(yù)計(jì)車載功率模塊訂單會(huì)增多，這些地方是為擴(kuò)建留出的空間。比如，預(yù)定2016年初再增加一條將IGBT芯片及二極管芯片封裝到DCB基板上的生產(chǎn)線。

重視日本市場

英飛凌是功率半導(dǎo)體行業(yè)的第一大廠商。該公司尤其擅長工業(yè)設(shè)備、鐵路、可再生能源、汽車等領(lǐng)域使用的高輸出功率IGBT模塊。在世界各地，該公司的各級(jí)別功率半導(dǎo)體產(chǎn)品基本上都是數(shù)一數(shù)二的。對于英飛凌來說，日本是一個(gè)非常重要的市場。這是因?yàn)槿毡居幸恍┳咴谛袠I(yè)前列的汽車廠商和工業(yè)設(shè)備廠商。

從日本市場來看，雖然與以前相比，英飛凌的份額正在快速提高，但與全球市場相比，該公司的IGBT業(yè)務(wù)所占的份額并不高。

原因是日本有很多擅長功率半導(dǎo)體業(yè)務(wù)的企業(yè)，包括富士電機(jī)、日立制作所、三菱電機(jī)、東芝等。為了打破這種局面，英飛凌開始開發(fā)高性能的新產(chǎn)品，并在日本進(jìn)行大力宣傳。此次該公司邀請包括筆者在內(nèi)的日本作者參觀工廠，估計(jì)也是為了通過日本媒體向日本的大型汽車廠商及工業(yè)設(shè)備廠商等進(jìn)行宣傳

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