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從東芝功率器件布局，窺半導體企業(yè)的立足之道

電子創(chuàng)新網(wǎng)|Electronic innovation network|

2022-03-10 13:53:07 21

功率器件，通常也被稱為電力電子器件，是在電力系統(tǒng)和電氣工程中根據(jù)負載要求處理電力轉(zhuǎn)換的器件。作為電子領(lǐng)域的核心成員，大功率半導體器件的技術(shù)與工藝對整個電力電子產(chǎn)業(yè)有著舉足輕重的影響。在PCIM Asia 2021展上，東芝電子元件（上海）有限公司分立器件應用技術(shù)部門*經(jīng)理屈興國，向我們分享了東芝在功率器件領(lǐng)域的相關(guān)進展。
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東芝IEGT技術(shù)，在發(fā)展中謀求創(chuàng)新
東芝IEGT，即Injection Enhanced Gate Transistor的簡稱，是東芝獨創(chuàng)的一個名稱，其實就是東芝特制的IGBT。上世紀九十年代，東芝率先采用柵極注入增強技術(shù)以降低IGBT器件的靜態(tài)損耗，當時東芝特意為這個名稱注冊了商標，并將這個名稱保護起來。
東芝的IEGT從封裝上，可分為PMI模塊封裝和PPI壓接式封裝兩種封裝方式。目前，東芝在IEGT模塊上采用業(yè)界常用的PMI模塊封裝，這是一種采用鋁碳化硅基板和高CTI的材質(zhì),具有更好的散熱效果和絕緣性，常應用于風力發(fā)電和電力機車等場景。而PPI壓接式封裝IEGT可以說是東芝首創(chuàng)的一種技術(shù)，常用在風力發(fā)電、HVDC輸配電等場景。 ea7f203b8a11df71cc6cccc6a7dc1baa

壓接式封裝的IEGT（PPI）通過上下銅板和鉬片，直接把芯片壓接在內(nèi)部，芯片內(nèi)部無引線鍵合。這種方式可做到雙面散熱，比單面散熱的傳統(tǒng)封裝方式可靠性更高。在性能上，PPI產(chǎn)品具有四大優(yōu)勢，即內(nèi)部芯片無引線鍵合比較容易實現(xiàn)高可靠性；可雙面散熱從而實現(xiàn)高散熱性能；便于多顆器件串聯(lián)應用；采用陶瓷外殼封裝，具有防爆結(jié)構(gòu)。
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據(jù)屈興國介紹：目前，東芝IEGT的PPI封裝包括85mm、125mm兩種。且每個封裝里面都由多顆芯片組成的，并不是整個晶圓，所以在同一封裝內(nèi)對每顆芯片的一致性要求很高。為了更多的客戶可以更快地了解東芝IEGT器件，東芝積極尋求第三方公司合作。據(jù)悉，這次展出的IEGT壓接模組子單元，就是東芝與雅創(chuàng)、青銅劍三方合作的產(chǎn)品。實際上，除了雅創(chuàng)和青銅劍之外，東芝近年來一直在嘗試功率器件本土化。屈興國透露，早在2018年，東芝就已經(jīng)在中國尋找意向客戶，現(xiàn)在正與中國一家大公司在談IEGT產(chǎn)品上的合作。 緊隨SiC趨勢，洞察市場需求 近年來，以SiC為材料制造的功率器件正在逐漸嶄露頭角，據(jù)相關(guān)預測，到2023年SiC功率器件市場規(guī)模預計將達14億美元，其主要的市場增長機會在汽車領(lǐng)域，特別是EV、混合動力車和燃料電池車等電動車應用市場。東芝作為先進的半導體制造商，自然不會錯失這次機會。憑借在功率器件領(lǐng)域豐富的研發(fā)經(jīng)驗與敏銳的市場嗅覺，東芝洞察到SiC器件即將在電力電子領(lǐng)域發(fā)揮的重要作用，通過先人一步的技術(shù)布局以及近幾年間逐步加大的研發(fā)投入，成功在市場需求的上升期實現(xiàn)了SiC功率器件的投產(chǎn)，不僅如此，據(jù)了解目前東芝純碳化硅器件也正在逐步實現(xiàn)量產(chǎn)。屈興國表示，由于SiC與硅相比耐壓性更高，損耗更低，被廣泛認為是下一代功率器件的材料，目前其主要應用于列車逆變器中，但隨著技術(shù)不斷發(fā)展，今后有可能會在工業(yè)設備的各種光伏發(fā)電系統(tǒng)和電源管理系統(tǒng)中扮演重要角色。然而盡管SiC器件備受業(yè)界關(guān)注，但其可靠性和成本因素仍然阻礙了SiC器件的使用和市場增長。為了提高SiC使用的性價比，東芝也研發(fā)了SiC混合模塊，即將SiC SBD芯片與IGBT芯片集成在一起，這樣可以利用SiC SBD芯片的快速反向恢復和低損耗的特性，增強IGBT的性能，同時降低模塊的大小。目前東芝可以提供3300V，1500A的產(chǎn)品和1700V，1200A模塊。不過，屈興國表示，此類產(chǎn)品在國內(nèi)的推廣效果并不理想，因為國內(nèi)廠商對這種折中方案并不是太認可，國內(nèi)廠商更關(guān)注純SiC產(chǎn)品，他們希望可以提供最先進的方案，或是成本更低的方案，因此，SiC混合模塊只能作為是一個過渡型產(chǎn)品來推廣，未來應該會過渡到SiC MOSFET上去。 0e24e4a1dbbab508a1f1b40845114331

此外，屈興國也向我們分享了純碳化硅MOS管的最新研發(fā)消息。他表示，碳化硅MOSFET模塊1200V／600A雙管、1700V／400A雙管、3300V／800A雙管產(chǎn)品均在開發(fā)中，根據(jù)規(guī)劃3300V／800A雙管系列產(chǎn)品在今年5月已經(jīng)有商業(yè)樣品，并將于今年9月-10月進入量產(chǎn)階段，首批客戶是日本的電力機車客戶；1700V／400A雙管產(chǎn)品將會第二個發(fā)布，主要應用于風電、太陽能等新能源領(lǐng)域；另外，1200V／600A雙管產(chǎn)品也大致與1700V／400A雙管同期發(fā)布，將主要應用于新能源汽車的充電樁。
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