從東芝功率器件布局，窺半導體企業的立足之道

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2022-03-10 13:53:07 69

功率器件，通常也被稱為電力電子器件，是在電力系統和電氣工程中根據負載要求處理電力轉換的器件。作為電子領域的核心成員，大功率半導體器件的技術與工藝對整個電力電子產業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部門*經理屈興國，向我們分享了東芝在功率器件領域的相關進展。
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東芝IEGT技術，在發展中謀求創新
東芝IEGT，即Injection Enhanced Gate Transistor的簡稱，是東芝獨創的一個名稱，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以降低IGBT器件的靜態損耗，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,具有更好的散熱效果和絕緣性，常應用于風力發電和電力機車等場景。而PPI壓接式封裝IEGT可以說是東芝首創的一種技術，常用在風力發電、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部，芯片內部無引線鍵合。這種方式可做到雙面散熱，比單面散熱的傳統封裝方式可靠性更高。在性能上，PPI產品具有四大優勢，即內部芯片無引線鍵合比較容易實現高可靠性；可雙面散熱從而實現高散熱性能；便于多顆器件串聯應用；采用陶瓷外殼封裝，具有防爆結構。
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據屈興國介紹：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。據悉，這次展出的IEGT壓接模組子單元，就是東芝與雅創、青銅劍三方合作的產品。實際上，除了雅創和青銅劍之外，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，東芝就已經在中國尋找意向客戶，現在正與中國一家大公司在談IEGT產品上的合作。 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，據相關預測，到2023年SiC功率器件市場規模預計將達14億美元，其主要的市場增長機會在汽車領域，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。憑借在功率器件領域豐富的研發經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域發揮的重要作用，通過先人一步的技術布局以及近幾年間逐步加大的研發投入，成功在市場需求的上升期實現了SiC功率器件的投產，不僅如此，據了解目前東芝純碳化硅器件也正在逐步實現量產。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，但隨著技術不斷發展，今后有可能會在工業設備的各種光伏發電系統和電源管理系統中扮演重要角色。然而盡管SiC器件備受業界關注，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的產品和1700V，1200A模塊。不過，屈興國表示，此類產品在國內的推廣效果并不理想，因為國內廠商對這種折中方案并不是太認可，國內廠商更關注純SiC產品，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管的最新研發消息。他表示，碳化硅MOSFET模塊1200V／600A雙管、1700V／400A雙管、3300V／800A雙管產品均在開發中，根據規劃3300V／800A雙管系列產品在今年5月已經有商業樣品，并將于今年9月-10月進入量產階段，首批客戶是日本的電力機車客戶；1700V／400A雙管產品將會第二個發布，主要應用于風電、太陽能等新能源領域；另外，1200V／600A雙管產品也大致與1700V／400A雙管同期發布，將主要應用于新能源汽車的充電樁。
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如今，SiC功率器件的發展已成為大勢所趨，各大半導體廠商需緊跟市場需求，不斷推陳出新，才可立足于長青。

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