《Bodo's功率系統(tǒng)》：國產(chǎn)IGBT突圍底氣何來？賽晶質(zhì)量管理體系揭秘

來源：《Bodo's功率系統(tǒng)》

近年來，隨著IGBT設(shè)計(jì)技術(shù)不斷提升、新材料和新工藝的引入，IGBT模塊的節(jié)能、散熱、可靠性和穩(wěn)定性等特點(diǎn)日益凸顯，成為備受關(guān)注的核心器件。數(shù)據(jù)顯示，截至2022年，全球IGBT市場規(guī)模已達(dá)到123.7億美元，以電動汽車為代表的新能源應(yīng)用領(lǐng)域成為IGBT市場的主要增長點(diǎn)。

然而，當(dāng)前IGBT市場仍然被歐美和日本等發(fā)達(dá)國家所壟斷。其中，歐洲市場占據(jù)全球IGBT市場的37%，美國市場占25%，日本市場占21%。與之相比，中國IGBT市場份額不足10%，這給國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈帶來了巨大的不確定性和挑戰(zhàn)。在此背景下，國家已將電子元器件國產(chǎn)化作為重大戰(zhàn)略任務(wù)，IGBT也成為了國家支持的重點(diǎn)領(lǐng)域之一。在政策的扶持及企業(yè)的努力下，盡管國內(nèi)一些重點(diǎn)企業(yè)已經(jīng)擁有了自主研發(fā)和生產(chǎn)能力，但整個產(chǎn)業(yè)鏈的競爭力和生產(chǎn)能力仍需要不斷提升。

IGBT生產(chǎn)工藝是國產(chǎn)化面臨的主要瓶頸之一。目前，我國的IGBT制造仍處于起步階段，擁有自己獨(dú)立生產(chǎn)線的企業(yè)相對較少，同時，即使有了生產(chǎn)線，仍需解決制造良率、可追溯、工藝可實(shí)施性、車規(guī)級產(chǎn)品高要求，產(chǎn)品高一致性等一系列技術(shù)難題，以確保用戶對國產(chǎn)產(chǎn)品的信心和滿意度。

為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，賽晶亞太半導(dǎo)體科技（浙江）有限公司（以下簡稱：賽晶半導(dǎo)體）副總經(jīng)理梁杰、質(zhì)量部經(jīng)理胡雪松和測試部主管梁劍分享了公司在生產(chǎn)管控、質(zhì)量管理和測試體系等方面積累的寶貴經(jīng)驗(yàn)。這些經(jīng)驗(yàn)不僅可供同行參考借鑒，也有助于推動整個IGBT產(chǎn)業(yè)國產(chǎn)化進(jìn)程的順利推進(jìn)。

完善的生產(chǎn)管制體系為國產(chǎn)超車提供強(qiáng)大支持

賽晶半導(dǎo)體始終堅(jiān)持自主研發(fā)的戰(zhàn)略方向，2021年6月，賽晶半導(dǎo)體的IGBT生產(chǎn)線竣工并投入生產(chǎn)，2022年，公司獲得了來自電動汽車、光伏、儲能等近30家客戶的訂單；產(chǎn)銷IGBT模塊至這些領(lǐng)域約7萬個，實(shí)現(xiàn)銷售收入達(dá)3970萬元，較2021年增長約12倍，獲得了市場的高度認(rèn)可。賽晶半導(dǎo)體的IGBT模塊產(chǎn)品經(jīng)過嚴(yán)格的質(zhì)量控制和精密的生產(chǎn)工藝，使得最終產(chǎn)品良率高，產(chǎn)品一致性好。由于市場需求旺盛，賽晶半導(dǎo)體IGBT模塊供不應(yīng)求，這也從一個側(cè)面反映了賽晶半導(dǎo)體產(chǎn)品的優(yōu)異特性和卓越品質(zhì)。取得如此成績，高水平的生產(chǎn)工藝和管理是重要原因。

圖：賽晶IGBT產(chǎn)品

當(dāng)前，公司已經(jīng)建立了一套全面而完善的智能管理系統(tǒng)，涵蓋了制造管理、企業(yè)資源管理、倉儲物流管理、產(chǎn)品生命周期管理以及車間現(xiàn)場管理等五大核心領(lǐng)域。這一智能管理系統(tǒng)的運(yùn)用確保了各項(xiàng)業(yè)務(wù)流程高效順暢、優(yōu)化資源利用，從而提高整體運(yùn)營效率和競爭力。

圖：賽晶智能管理五大核心領(lǐng)域

在產(chǎn)品質(zhì)量方面，賽晶半導(dǎo)體除了獲得ISO9001:2015質(zhì)量體系認(rèn)證外，還積極開拓車規(guī)級市場，并已通過IATF16949汽車質(zhì)量體系第一階段審核，預(yù)計(jì)于2023年7月通過IATF16949第二階段認(rèn)證審核。根據(jù)副總經(jīng)理梁杰的介紹，客戶對國產(chǎn)化產(chǎn)品的接受度和認(rèn)可度逐漸提高。在國際大型企業(yè)壟斷的市場背景下，客戶可能難以快速獲得所需的器件，而且遇到問題時解決過程相對緩慢。如今，國內(nèi)企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量持續(xù)提升，配套服務(wù)也得到了顯著改善，因此客戶更愿意與國內(nèi)企業(yè)展開合作。

回溯工業(yè)2.0時代，產(chǎn)品是通過手動組裝并記錄生產(chǎn)信息。然而，在當(dāng)時，一旦客戶在使用過程中發(fā)現(xiàn)問題，很難追溯產(chǎn)品的相關(guān)信息。如今，通過掃描模塊上的標(biāo)簽，我們可以迅速獲得產(chǎn)品、半成品、原材料和加工過程中的各種信息。這樣一來，模塊風(fēng)險得到了有效管控，避免了風(fēng)險無限放大導(dǎo)致的產(chǎn)品全面召回。這也正是電動汽車行業(yè)遵循的IATF16949標(biāo)準(zhǔn)以及可追溯性要求。

圖：賽晶智能制造生產(chǎn)線

“并非說有了這個可追溯系統(tǒng)就能保證萬無一失，我們還需要通過質(zhì)量管理系統(tǒng)確保產(chǎn)品的高一致性和高可靠性。只有這樣，客戶才會認(rèn)可我們的產(chǎn)品?！备笨偨?jīng)理梁杰說道。

質(zhì)量管理三步曲：持續(xù)提升產(chǎn)品質(zhì)量

質(zhì)量部經(jīng)理胡雪松介紹了賽晶半導(dǎo)體的質(zhì)量管理三步曲——質(zhì)量策劃、質(zhì)量控制和質(zhì)量改進(jìn)。他表示，質(zhì)量管理的目的是控制質(zhì)量、降低成本。賽晶半導(dǎo)體財(cái)務(wù)部每月都要對質(zhì)量成本進(jìn)行追蹤，由質(zhì)量部牽頭對劣質(zhì)成本進(jìn)行原因分析，并作出改善。

圖：賽晶智能制造生產(chǎn)線

從產(chǎn)品設(shè)計(jì)開始，賽晶半導(dǎo)體的工業(yè)級和車規(guī)級新產(chǎn)品開發(fā)均按照APQP（先期產(chǎn)品質(zhì)量策劃）流程執(zhí)行。通過團(tuán)隊(duì)的努力，采用結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化的方法，使產(chǎn)品滿足客戶的需要和期望。APQP流程包括5個階段：項(xiàng)目定義、產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開發(fā)、流程設(shè)計(jì)與開發(fā)、產(chǎn)品流程驗(yàn)證、反饋評估和執(zhí)行糾正行動。每一個過程都是上一個階段的輸出結(jié)果，又是下一階段的輸入。

當(dāng)量產(chǎn)穩(wěn)定后，需要進(jìn)行質(zhì)量控制，包括來料抽檢、首件檢驗(yàn)、過程抽檢、巡檢、成品檢驗(yàn)和出貨檢驗(yàn)，并根據(jù)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析及時開展持續(xù)改進(jìn)。

質(zhì)量控制還包括制程中的質(zhì)量控制，通過對MES系統(tǒng)取得的生產(chǎn)加工數(shù)據(jù)匯總，整理，圖形化和分析，后期通過試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，并提出合理化建議進(jìn)行改善，之后繼續(xù)通過MES進(jìn)行改善后數(shù)據(jù)的匯總和分析，持續(xù)進(jìn)行改善。

產(chǎn)品質(zhì)量的改進(jìn)是從過往項(xiàng)目中獲取經(jīng)驗(yàn)，并將其應(yīng)用到下一個項(xiàng)目中。每個項(xiàng)目結(jié)束后，賽晶半導(dǎo)體都會建立一個經(jīng)驗(yàn)庫，以便為新的項(xiàng)目提供經(jīng)驗(yàn)參考，避免前期出現(xiàn)的問題再次發(fā)生。

質(zhì)量改進(jìn)的目的是通過各種有效措施提高產(chǎn)品、體系或過程的質(zhì)量能力，使其達(dá)到新的水平和高度，并為企業(yè)及其客戶提供增值效益。根據(jù)現(xiàn)代管理學(xué)的要求，賽晶半導(dǎo)體將質(zhì)量改進(jìn)對象分為產(chǎn)品質(zhì)量和工作質(zhì)量，并開展全面的質(zhì)量管理。產(chǎn)品質(zhì)量改進(jìn)計(jì)劃包括生產(chǎn)流程、生產(chǎn)設(shè)備、作業(yè)指引、控制項(xiàng)目、接收標(biāo)準(zhǔn)、責(zé)任者等，而工作質(zhì)量改進(jìn)則包括全面的質(zhì)量管理、全過程的管理和全員參與管理。

賽晶半導(dǎo)體在質(zhì)量改進(jìn)方面取得了許多成績，具體包括：

提高良品率、增加收益；

提高質(zhì)量信譽(yù)、改善與客戶關(guān)系；

提高銷售量、減少廢品、降低消耗、增加盈利；

減少返工、提高生產(chǎn)效率；

減少檢驗(yàn)、篩選和試驗(yàn)費(fèi)用；

加速新產(chǎn)品、新技術(shù)開發(fā)；

合理使用資金、配置最佳資源以及充分發(fā)揮企業(yè)潛力等。

生產(chǎn)測試和研發(fā)測試：為產(chǎn)品可靠性提供雙重保障

賽晶半導(dǎo)體的測試部主管梁劍介紹了公司的生產(chǎn)測試和研發(fā)測試情況。目前，賽晶半導(dǎo)體的第一條產(chǎn)線是ED/ST模塊產(chǎn)線，設(shè)計(jì)年產(chǎn)能35萬只，使用國際先進(jìn)的測試設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)測試。ED/ST模塊的測試項(xiàng)目包括絕緣、靜態(tài)和動態(tài)測試。從晶圓-DBC-模塊，階梯式設(shè)置UCL和LCL，從而保證在更早的階段將異常品篩選出來，提高最終產(chǎn)品良率。動態(tài)測試對全部模塊進(jìn)行RBSOA/DSOA/SCSOA測試，測試條件更加苛刻。如規(guī)格書中兩倍電流的RBSOA，實(shí)際測試時使用超過兩倍的電流進(jìn)行測試，保證產(chǎn)品余量。

賽晶半導(dǎo)體整個生產(chǎn)線是全自動化的，生產(chǎn)用測試機(jī)主要是進(jìn)口產(chǎn)品，每個產(chǎn)品都需要進(jìn)行測試。測試機(jī)的狀態(tài)是通過標(biāo)準(zhǔn)樣件做SPC校準(zhǔn)，通過使用一定數(shù)量的標(biāo)準(zhǔn)樣件定期進(jìn)行關(guān)鍵參數(shù)的SPC統(tǒng)計(jì)，確保生產(chǎn)測試設(shè)備狀態(tài)穩(wěn)定。梁劍還展示了從2022年初到今年3月的近一年的關(guān)鍵參數(shù)的概率圖，不管是橋臂間還是批次間的數(shù)據(jù)對比，可以看到數(shù)據(jù)分布一致性非常好。

據(jù)梁劍透露，賽晶半導(dǎo)體正在增加的第二條產(chǎn)線將兼容碳化硅芯片封裝和測試。由于碳化硅的短路耐受時間較短，所以測試時間不允許過長。碳化硅開關(guān)速度更快，在開關(guān)過程中電應(yīng)力更大，因此采樣也需要優(yōu)化。在動態(tài)測試方面，新設(shè)備集成了低電感設(shè)計(jì)，短路測試脈寬低至1.5μs。在靜態(tài)測試方面，針對SiC MOSFET特性優(yōu)化測試過程。例如Vthhysteresis現(xiàn)象，增加預(yù)偏置電壓后進(jìn)行閾值電壓的測量，從而避免了漂移引起測量值不準(zhǔn)的問題。

在研發(fā)測試方面，賽晶半導(dǎo)體在嘉善工廠配備了一個專門的實(shí)驗(yàn)室，主要用于研發(fā)過程中的器件性能評估和驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)室可以進(jìn)行芯片級、DBC半成品級和模塊級的動態(tài)、靜態(tài)、阻抗類測試，具備完善的可靠性測試評手段及能力。同時，具備模塊級失效分析能力，包括電性能、非破壞性和破壞性分析。與歐洲權(quán)威實(shí)驗(yàn)室及大學(xué)實(shí)驗(yàn)室建立良好合作關(guān)系，聯(lián)合開展器件性能研究與分析。

賽晶半導(dǎo)體測試能力的關(guān)鍵在于驗(yàn)證產(chǎn)品極限能力，而不是簡單地與競品進(jìn)行參數(shù)比較。在產(chǎn)品開發(fā)、驗(yàn)證階段需要將產(chǎn)品電氣性能測試到極限條件，從而保證量產(chǎn)產(chǎn)品有足夠的安全裕量。

與采用相同技術(shù)的競品進(jìn)行對比后，賽晶半導(dǎo)體SISD0750ED120i20系列模塊在逆變模式下的能力提升約為12%，尤其是在更高的開關(guān)頻率下，優(yōu)勢更為明顯。

彰顯中國功率半導(dǎo)體市場領(lǐng)導(dǎo)地位

隨著政府對新型電力系統(tǒng)、新能源發(fā)電、電動汽車和綠色裝備的鼓勵，以及越來越多的企業(yè)和消費(fèi)者對環(huán)保產(chǎn)品和可再生能源的需求，功率半導(dǎo)體市場將迎來更加廣闊的發(fā)展前景。據(jù)市場研究機(jī)構(gòu)YoleDéveloppement的數(shù)據(jù)顯示，2021年全球功率半導(dǎo)體市場規(guī)模達(dá)到了91億美元，預(yù)計(jì)到2026年將達(dá)到147億美元，年復(fù)合增長率高達(dá)10.5%。

在中國市場中，國產(chǎn)化進(jìn)程不斷加速。根據(jù)市場研究機(jī)構(gòu)CCID Consulting發(fā)布的報(bào)告顯示，2019年中國功率半導(dǎo)體市場規(guī)模已經(jīng)達(dá)到了406億元人民幣，其中國產(chǎn)產(chǎn)品占據(jù)了47.9%的市場份額，同比增長18.7%。

作為行業(yè)領(lǐng)先者，賽晶半導(dǎo)體秉持著做精品的理念，以頂尖的技術(shù)團(tuán)隊(duì)為支撐，憑借著自身的技術(shù)實(shí)力和高效的生產(chǎn)管理，致力于為電動汽車、新能源發(fā)電等領(lǐng)域提供卓越的IGBT產(chǎn)品。現(xiàn)如今，賽晶半導(dǎo)體已經(jīng)成為國內(nèi)功率半導(dǎo)體市場的領(lǐng)先者之一。除了過硬的技術(shù)產(chǎn)品，賽晶半導(dǎo)體在市場上也受到了資本的認(rèn)可。這些優(yōu)異成就的取得離不開高水平的生產(chǎn)工藝和質(zhì)量管理。

在未來的道路上，賽晶半導(dǎo)體將繼續(xù)推動功率半導(dǎo)體的國產(chǎn)化和自主可控，不斷提升產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)水平。我們有信心相信，賽晶半導(dǎo)體將繼續(xù)在行業(yè)領(lǐng)域中一路領(lǐng)先，成為中國功率半導(dǎo)體的佼