2021年9月9日-11日，PCIM Asia 2021在深圳國際會展中心舉辦。作為德國頂尖專業(yè)電力電子展會PCIM Europe的姐妹展，自2002年在中國首辦以來，PCIM Asia一直受到亞洲電力電子及相關(guān)應用從業(yè)者的關(guān)注。lqVesmc

在近日的PCIM Aisa 2021展上，《國際電子商情》記者專訪了東芝電子元件（上海）有限公司分立器件應用技術(shù)部門高級經(jīng)理屈興國，一起交流了東芝的IEGT大功率器件、IEGT壓接模組子單元、碳化硅混合模塊、碳化硅MOS模塊、智能功率器件以及其它分立器件產(chǎn)品，此外還討論了東芝純碳化硅的開發(fā)路線，據(jù)了解，東芝最快將于今年9月量產(chǎn)純碳化硅產(chǎn)品。lqVesmc

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圖1 主推壓接式封裝IEGT器件lqVesmc

20世紀90年代末，東芝基于注入增強的技術(shù)注冊了專用名稱IEGT（柵極注入增強型晶體管），可以把它理解為東芝特制的IGBT。東芝的IEGT有兩種的封裝方式，一種是PPI壓接式封裝，另一種是PMI模塊封裝。lqVesmc

其中，PPI壓接式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。以采用壓接式封裝的東芝3300V和4500V電壓的IEGT為例，目前已經(jīng)有多代量產(chǎn)產(chǎn)品，如：產(chǎn)品型號后綴為24、24A、28的是老一代產(chǎn)品，Tj（結(jié)溫）為125℃；產(chǎn)品型號后綴為31A、32的是新一代產(chǎn)品，Tj為150℃。lqVesmc

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圖2 東芝85mm、125mm臺面直徑的PPI壓接式封裝IEGT模塊（紅圈里的金色圓柱體是彈簧，它是連接IGBT芯片的門極，匯總后引至側(cè)面端口。該器件里面有多顆小晶圓，所有的門極通過該彈簧連接到PCB板上，匯總后通過旁邊的端口引出，用于整個器件的門極控制。在外部來看，該器件就是一個門極控制，但實際上它的內(nèi)部有42顆IGBT芯片。）lqVesmc

PPI壓接式封裝的IEGT可以說是東芝首創(chuàng)，第一代壓接式產(chǎn)品內(nèi)部采用晶閘管晶圓。在2000年以后，東芝停止了晶閘管的產(chǎn)品，改用IEGT芯片來生產(chǎn)PPI壓接式IEGT，目前東芝主要有臺面直徑為85mm和125mm的壓接式IEGT產(chǎn)品。lqVesmc

大功率IEGT器件的最終應用，是需要將器件壓接組裝成模組，才能被客戶使用。為了能讓客戶更便捷地了解和使用器件，東芝和第三方公司合作。這次展出的IEGT壓接模組子單元，是東芝與雅創(chuàng)、青銅劍三方合作的產(chǎn)品。lqVesmc

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圖3 東芝、雅創(chuàng)、青銅劍三方合作開發(fā)的IEGT壓接模組子單元（該方案是兩電平半橋拓撲、采用4.5kV 3kA壓接式IEGT，可用于海上風電等大功率設備的變流器中。）lqVesmc

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圖4 青銅劍1QP0650V45-Q（采用青銅劍ASIC芯片組結(jié)合CPLDD芯片設計組成，針對4500V以下壓接封裝IGBT／IEGT定制開發(fā)而成，是一款適配單管模塊的驅(qū)動方案。）lqVesmc

屈興國強調(diào)，與青銅劍的合作能助力新客戶快速測試東芝的IEGT產(chǎn)品。一般情況下，廠家要了解一個器件，會先測試單顆器件的性能，若性能達標則再設計相應的產(chǎn)品。而與青銅劍的合作可為客戶省去測試和組裝的時間。lqVesmc

在他看來，東芝與生態(tài)伙伴的合作相當于資源共享。“當客戶需求時，東芝找生態(tài)伙伴來做推廣，共同推出符合客戶需求的產(chǎn)品。這類合作是定制化的，因每一家客戶的要求不一樣，相應的產(chǎn)品設計會有差異化，最終出來的裝置也不一樣，不過東芝提供的器件是一樣的。”lqVesmc

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)在國內(nèi)尋找意向客戶，現(xiàn)在正與國內(nèi)一家大公司在談IEGT產(chǎn)品上的合作。“國產(chǎn)化是大趨勢，前幾年開始，東芝就在推廣芯片的業(yè)務，也重視中國國產(chǎn)化的趨勢。”lqVesmc

據(jù)悉，目前東芝所有的芯片都在日本國內(nèi)生產(chǎn)，后道的封裝主要分散在日本、馬來西亞、泰國、中國。lqVesmc

近期馬來西亞疫情反撲，對許多半導體廠商的產(chǎn)能造成了影響，東芝在馬來西亞也有封裝廠，其產(chǎn)能是否也有受到影響？對此問題，屈興國表態(tài)稱，其實不止東芝一家，相信其他在馬來西亞設廠的半導體廠商的產(chǎn)能均有受影響。lqVesmc

性價比更高的碳化硅混合模塊

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圖5 SiC混合模塊lqVesmc

值得注意的是，東芝也展出了其SiC混合模塊，該混合模塊是介于硅和碳化硅之間的產(chǎn)品，可稱之為混合型的IGBT。該器件采用PMI封裝方式，內(nèi)部的IGBT（IEGT芯片）采用硅材料，但是二極管部分采用碳化硅材料（SiC-SBD芯片）。lqVesmc

屈興國解釋說，有一些應用場景對二極管要求比較高，由于碳化硅二極管的反向恢復時間比較短，其損耗可減少97%，所以采用碳化硅二極管，會讓器件散熱損耗更低。所以東芝就制作了這種混合型的器件，可幫助機車變流器縮小40%以上的體積。東芝當前SiC SBD混合模塊的產(chǎn)品陣容有1700V／1200A（封裝尺寸130mm140mm）以及3300V／1500A（140mm190mm）兩種。lqVesmc

“SiC混合模塊在日本的機車變流器上應用得比較多，在國內(nèi)機車變流器上還有較大的成長空間。目前，國內(nèi)機車變流器主要采用硅IGBT器件，或者預研項目嘗試純碳化硅器件。目前碳化硅良品率還很低，相比之下SiC混合模塊的性價比更高。”lqVesmc

舉一個通俗的例子：如果硅材料IGBT的價格為1，同樣電流、電壓等級的碳化硅器件報價可能是7或8。有很多廠商表態(tài)，當碳化硅的價格在3-5時，他們就可以嘗試接受。SiC混合模塊作為中間產(chǎn)品，它現(xiàn)在的價格大約為2-3。相對而言，SiC混合模塊具備一定的性價比優(yōu)勢。lqVesmc

據(jù)屈興國介紹，東芝SiC混合模塊當前面臨的挑戰(zhàn)是——除了成本，國內(nèi)機車客戶的消費習慣問題，現(xiàn)在大家的目光更聚焦在純碳化硅上。lqVesmc

東芝純碳化硅器件正逐步量產(chǎn)

在新能源汽車上的碳化硅應用，東芝也有自己的觀點。屈興國表示，根據(jù)電池電壓的不同，主要可分為300V-400V以及800V這兩大類。其中，普通的乘用車采用300V-400V的電池，主要使用650V或750V的IGBT，這會是硅的主流市場；而大巴車或要求更高的車采用800V的電池，則需要用到1200V的功率器件，這將會是碳化硅的主流市場。lqVesmc

東芝的純碳化硅產(chǎn)品還屬于工控產(chǎn)品，目前暫無車載碳化硅產(chǎn)品，不過已經(jīng)計劃車規(guī)級純碳化硅器件。lqVesmc

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圖6 東芝純碳化硅開發(fā)路線圖lqVesmc

東芝此次也帶來了純碳化硅MOS管的最新研發(fā)消息，據(jù)了解碳化硅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，首批客戶是日本國內(nèi)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。lqVesmc

其他亮點展品

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圖7 東芝車載分立器件（下面金色裸片是750V／400A的IGBT芯片，主要于新能源車，目前東芝正在向國內(nèi)模塊廠家做推廣）lqVesmc

屈興國還介紹了應用在汽車領(lǐng)域的分立器件，包括光耦、車用IGBT等產(chǎn)品。東芝在光耦市場已經(jīng)耕耘了多年，是當前為數(shù)不多的具有車規(guī)光耦的廠家。lqVesmc

此外，東芝還帶來了應用在小電流場景中的IPD產(chǎn)品。這些產(chǎn)品的電流最大為5A，最小為0.7A，主要應用于200W以下直流無刷馬達的家電產(chǎn)品，比如空調(diào)的室內(nèi)風機和室外風機。lqVesmc

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圖8 由雅創(chuàng)公司提供的水冷散熱系統(tǒng)（可用于東芝IEGT功率器件應用的散熱）lqVesmc

東芝的合作伙伴雅創(chuàng)制作了一款水冷散熱系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要用于新能源充電樁。屈興國解釋說：“現(xiàn)在很多充電樁是快充，當電流大了以后，充電線上會發(fā)熱，該散熱系統(tǒng)采用去油或離子水作為介質(zhì)，可帶走充電線上的發(fā)熱。”據(jù)了解，雅創(chuàng)水冷散熱系統(tǒng)，可用于東芝IEGT器件應用的散熱。lqVesmc

明年將會有哪些新展品？

大功率半導體器件不是每年都有全新產(chǎn)品推出，就算有新品也只是外封裝一樣、內(nèi)部性能有一些提升。比如，東芝的一代和二代純碳化硅器件，在外形上看起來一樣，但在芯片上做了升級。屈興國相信，明年東芝將會展出碳化硅量產(chǎn)產(chǎn)品。另外，在750V產(chǎn)品上會有更多的產(chǎn)品（現(xiàn)在是750V／400A）。lqVesmc