从东芝功率器件布局，窥半导体企业的立足之道

功率器件，通常也被称为电力电子器件，是在电力系统和电气工程中根据负载要求处理电力转换的器件。作为电子领域的核心成员，大功率半导体器件的技术与工艺对整个电力电子产业有着举足轻重的影响。在PCIM Asia 2021展上，东芝电子元件（上海）有限公司分立器件应用技术部门高级经理屈兴国，向我们分享了东芝在功率器件领域的相关进展。
东芝IEGT技术，在发展中谋求创新
东芝IEGT，即Injection Enhanced Gate Transistor的简称，是东芝独创的一个名称，其实就是东芝特制的IGBT。上世纪九十年代，东芝率先采用栅极注入增强技术以降低IGBT器件的静态损耗，当时东芝特意为这个名称注册了商标，并将这个名称保护起来。
东芝的IEGT从封装上，可分为PMI模块封装和PPI压接式封装两种封装方式。目前，东芝在IEGT模块上采用业界常用的PMI模块封装，这是一种采用铝碳化硅基板和高CTI的材质,具有更好的散热效果和绝缘性，常应用于风力发电和电力机车等场景。而PPI压接式封装IEGT可以说是东芝首创的一种技术，常用在风力发电、HVDC输配电等场景。压接式封装的IEGT（PPI）通过上下铜板和钼片，直接把芯片压接在内部，芯片内部无引线键合。这种方式可做到双面散热，比单面散热的传统封装方式可靠性更高。在性能上，PPI产品具有四大优势，即内部芯片无引线键合比较容易实现高可靠性；可双面散热从而实现高散热性能；便于多颗器件串联应用；采用陶瓷外壳封装，具有防爆结构。
据屈兴国介绍：目前，东芝IEGT的PPI封装包括85mm、125mm两种。且每个封装里面都由多颗芯片组成的，并不是整个晶圆，所以在同一封装内对每颗芯片的一致性要求很高。为了更多的客户可以更快地了解东芝IEGT器件，东芝积极寻求第三方公司合作。据悉，这次展出的IEGT压接模组子单元，就是东芝与雅创、青铜剑三方合作的产品。实际上，除了雅创和青铜剑之外，东芝近年来一直在尝试功率器件本土化。屈兴国透露，早在2018年，东芝就已经在中国寻找意向客户，现在正与中国一家大公司在谈IEGT产品上的合作。紧随SiC趋势，洞察市场需求近年来，以SiC为材料制造的功率器件正在逐渐崭露头角，据相关预测，到2023年SiC功率器件市场规模预计将达14亿美元，其主要的市场增长机会在汽车领域，特别是EV、混合动力车和燃料电池车等电动车应用市场。东芝作为先进的半导体制造商，自然不会错失这次机会。凭借在功率器件领域丰富的研发经验与敏锐的市场嗅觉，东芝洞察到SiC器件即将在电力电子领域发挥的重要作用，通过先人一步的技术布局以及近几年间逐步加大的研发投入，成功在市场需求的上升期实现了SiC功率器件的投产，不仅如此，据了解目前东芝纯碳化硅器件也正在逐步实现量产。屈兴国表示，由于SiC与硅相比耐压性更高，损耗更低，被广泛认为是下一代功率器件的材料，目前其主要应用于列车逆变器中，但随着技术不断发展，今后有可能会在工业设备的各种光伏发电系统和电源管理系统中扮演重要角色。然而尽管SiC器件备受业界关注，但其可靠性和成本因素仍然阻碍了SiC器件的使用和市场增长。为了提高SiC使用的性价比，东芝也研发了SiC混合模块，即将SiC SBD芯片与IGBT芯片集成在一起，这样可以利用SiC SBD芯片的快速反向恢复和低损耗的特性，增强IGBT的性能，同时降低模块的大小。目前东芝可以提供3300V，1500A的产品和1700V，1200A模块。不过，屈兴国表示，此类产品在国内的推广效果并不理想，因为国内厂商对这种折中方案并不是太认可，国内厂商更关注纯SiC产品，他们希望可以提供最先进的方案，或是成本更低的方案，因此，SiC混合模块只能作为是一个过渡型产品来推广，未来应该会过渡到SiC MOSFET上去。此外，屈兴国也向我们分享了纯碳化硅MOS管的最新研发消息。他表示，碳化硅MOSFET模块1200V／600A双管、1700V／400A双管、3300V／800A双管产品均在开发中，根据规划3300V／800A双管系列产品在今年5月已经有商业样品，并将于今年9月-10月进入量产阶段，首批客户是日本的电力机车客户；1700V／400A双管产品将会第二个发布，主要应用于风电、太阳能等新能源领域；另外，1200V／600A双管产品也大致与1700V／400A双管同期发布，将主要应用于新能源汽车的充电桩。
如今，SiC功率器件的发展已成为大势所趋，各大半导体厂商需紧跟市场需求，不断推陈出新，才可立足于长青。

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