創(chuàng)新引領(lǐng)，從PCIM Asia 2024看東芝的功率半導(dǎo)體布局

2024年8月28日，東芝在PCIM Asia 2024展會上展示了多款新產(chǎn)品和技術(shù)。在展會期間，東芝電子元件（上海）有限公司技術(shù)部副總監(jiān)屈興國也向與非網(wǎng)記者詳細(xì)介紹了東芝此次展示的重要產(chǎn)品線和技術(shù)亮點，涵蓋注入增強(qiáng)型柵極晶體管（IEGT）、碳化硅（SiC）、智能功率器件和車規(guī)半導(dǎo)體等領(lǐng)域。

東芝電子元件（上海）有限公司技術(shù)部副總監(jiān)屈興國

助力高壓、大功率領(lǐng)域，東芝IEGT技術(shù)的優(yōu)勢

東芝的IEGT技術(shù)其實可以看作一種增強(qiáng)型的IGBT。在此次PCIM Asia展會上，東芝展示了其IEGT（注入增強(qiáng)型柵極晶體管）技術(shù)，這一創(chuàng)新技術(shù)被廣泛應(yīng)用于柔性直流輸配電、列車牽引、高壓變頻器、風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域。屈興國指出，IEGT憑借低損耗和高耐壓的特性，已成為電力電子設(shè)備的核心組件。尤其在發(fā)電、輸配電和工業(yè)控制等高功率應(yīng)用場景中，東芝的IEGT展現(xiàn)出優(yōu)越的能效和穩(wěn)定性。

東芝IEGT的關(guān)鍵創(chuàng)新在于注入增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)通過提高載流子注入效率，顯著降低了器件的通態(tài)電壓，從而提升了能效。在此次展會中，東芝推出了最新的3300V至6500V壓接式PPI封裝IEGT產(chǎn)品，新增ST1000GXH35、ST1500GXH35A等型號，這些型號覆蓋了多種電壓和電流等級，滿足了不同客戶，不同應(yīng)用的需求。

雙柵極RC-IEGT也是東芝的創(chuàng)新亮點之一。通過分離空穴控制柵極（CG）與主柵極（MG），雙柵極RC-IEGT有效減少了開關(guān)過程中的空穴累積，降低了開關(guān)損耗，提升了器件的整體性能。屈興國表示，與傳統(tǒng)單柵極結(jié)構(gòu)相比，雙柵極RC-IEGT的總功耗降低了24%，這使得其在高功率應(yīng)用中具備更強(qiáng)的市場競爭力。

東芝還致力于IEGT技術(shù)的持續(xù)優(yōu)化，以進(jìn)一步擴(kuò)大其在電力電子領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。例如，在大功率變頻器中，IEGT器件能夠顯著減少能源損耗，提高電能的轉(zhuǎn)換效率。屈興國補(bǔ)充道，東芝的IEGT器件在輸配電系統(tǒng)中的表現(xiàn)尤為突出，特別是在高壓直流輸電（HVDC）和柔性直流輸電（FACTS）等領(lǐng)域，IEGT憑借其高效的功率轉(zhuǎn)換能力，得到了越來越多行業(yè)客戶的認(rèn)可。

PPI封裝：壓接技術(shù)確保高可靠性與高效散熱

東芝IEGT的PPI壓接式封裝設(shè)計為其高溫、高壓環(huán)境中的應(yīng)用提供了強(qiáng)大的支持。屈興國解釋道，PPI封裝通過上下銅片將芯片物理壓接在中間，確保了芯片的雙面散熱，顯著提升了器件的散熱效率和可靠性。這種設(shè)計不僅延長了IEGT器件的使用壽命，還在高溫、高功率的工況下表現(xiàn)出極為優(yōu)越的性能，特別是在風(fēng)力發(fā)電、軌道交通和工業(yè)控制等應(yīng)用中，具有廣泛的應(yīng)用前景。

東芝還與第三方開發(fā)了基于PPI封裝的兩電平功率組件。這套可用于新客戶對器件的評估，從而縮短新客戶的開發(fā)周期。

屈興國還指出，PPI封裝技術(shù)在高功率應(yīng)用中展示出巨大的市場潛力。相比傳統(tǒng)模塊封裝，PPI封裝具備更高的熱傳導(dǎo)性能，在高溫環(huán)境下具有更為出色的穩(wěn)定性。因此，采用PPI封裝的IEGT器件可適用于極端工況下的重工業(yè)設(shè)備，如冶金設(shè)備中的大功率電機(jī)驅(qū)動器等。通過持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新，東芝正不斷推動PPI壓接式封裝技術(shù)的演進(jìn)，為客戶提供更可靠的高功率電力電子解決方案。

碳化硅技術(shù)：創(chuàng)新引領(lǐng)未來能源市場

在碳化硅領(lǐng)域，東芝本次展出了多個電壓等級的產(chǎn)品，特別是2200V的碳化硅模塊，在業(yè)內(nèi)獨樹一幟。屈興國表示，東芝的碳化硅模塊通過低熱阻和低雜散電感的設(shè)計，能夠在高溫、高壓的環(huán)境下提供卓越的效率和可靠性，尤其在新能源發(fā)電和工業(yè)控制中表現(xiàn)突出。

東芝的第三代碳化硅MOSFET集成了肖特基勢壘二極管（SBD），這種集成設(shè)計相比體二極管導(dǎo)通電壓更低，東芝的SBD導(dǎo)通電壓為1.1伏到1.35伏，而常規(guī)的體二極管通常為3至5伏之間，這使得東芝的碳化硅MOSFET在開關(guān)速度和效率上具備了明顯優(yōu)勢。

此外，東芝第三代碳化硅MOSFET，由于內(nèi)置了SBD，從而降低了碳化硅材料的疊層缺陷問題，確保了RDS(on)的長期穩(wěn)定性，使其在高溫、高壓環(huán)境中能夠保持良好的工作性能。
屈興國特別指出，東芝的碳化硅產(chǎn)品線已廣泛應(yīng)用于充電樁、數(shù)據(jù)中心、新能源發(fā)電和馬達(dá)等領(lǐng)域，這些應(yīng)用場景對碳化硅器件的高效率、低損耗及高可靠性要求極高。

東芝的碳化硅MOSFET還憑借其寬控制范圍和高門檻電壓設(shè)計，在高壓應(yīng)用中展現(xiàn)了出色的抗干擾性能。屈興國進(jìn)一步解釋，東芝的門檻電壓（Vth）設(shè)計在3到5伏之間，能夠有效避免系統(tǒng)中的干擾脈沖對器件的誤觸發(fā)問題，這對于高壓、高速開關(guān)場合尤為關(guān)鍵。通過優(yōu)化設(shè)計，東芝的碳化硅MOSFET在可靠性和系統(tǒng)效率方面都有顯著提升。

未來，東芝計劃繼續(xù)推進(jìn)8英寸碳化硅晶圓的研發(fā)，進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，使碳化硅技術(shù)能夠更廣泛地應(yīng)用于新能源汽車、可再生能源和工業(yè)自動化等新興市場。屈興國表示，東芝將不斷加大研發(fā)投入，開發(fā)出更具市場競爭力的碳化硅產(chǎn)品，推動全球能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型與升級。

智能功率器件：提升電機(jī)驅(qū)動效率的解決方案

東芝的智能功率器件在此次展會上也備受關(guān)注。屈興國介紹，東芝為直流無刷電機(jī)開發(fā)了高度集成的智能功率模塊，該模塊集成了過流、過溫、低電壓保護(hù)功能，確保電機(jī)在各種工況下的穩(wěn)定性與安全性。這些模塊不僅簡化了設(shè)計，還提升了系統(tǒng)的可靠性和耐用性。

東芝展示的MOS管采用了自感應(yīng)驅(qū)動技術(shù)（SVD），有效降低了反向電流通過二極管時的損耗。在重負(fù)載情況下，東芝的MOS管能夠表現(xiàn)出更高的效率和可靠性，即使在高扭矩、高負(fù)載下，依然能夠保持較低的損耗和較高的能效。屈興國表示，這種創(chuàng)新技術(shù)使東芝的智能功率器件在工業(yè)電機(jī)驅(qū)動中展現(xiàn)了強(qiáng)大的市場競爭力。

此外，東芝推出了HDIP30封裝的智能功率器件產(chǎn)品，進(jìn)一步縮小了電機(jī)驅(qū)動電路板的尺寸。這種封裝形式靈活，適應(yīng)了不同客戶的應(yīng)用需求，為工業(yè)和消費級市場提供了更具競爭力的解決方案。通過集成的保護(hù)功能，東芝的智能功率器件不僅提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，還大幅減少了設(shè)計難度，使得更多中小型企業(yè)能夠快速部署高效的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)。

屈興國還強(qiáng)調(diào)，隨著智能電機(jī)在工業(yè)自動化和智能家電中的應(yīng)用越來越廣泛，東芝的智能功率模塊將在這些新興市場中占據(jù)重要地位。通過不斷創(chuàng)新，東芝將進(jìn)一步優(yōu)化這些模塊的集成度和性能，以滿足日益增長的市場需求。

車規(guī)碳化硅，滿足800V高壓需求

在新能源汽車領(lǐng)域，東芝專注于功率半導(dǎo)體技術(shù)的研發(fā)，尤其是碳化硅技術(shù)在電動汽車主驅(qū)動系統(tǒng)中的應(yīng)用。東芝推出了適用于400V的IGBT和800V平臺的碳化硅產(chǎn)品，屈興國解釋道，800V高壓平臺通過減少電流損耗，能夠顯著提升系統(tǒng)的可靠性和續(xù)航里程，這對于未來的電動車發(fā)展至關(guān)重要。

通過碳化硅和IGBT技術(shù)的結(jié)合，東芝為新能源汽車提供了高效、可靠的解決方案，不僅提高了車輛的性能，還增強(qiáng)了整車的安全性和運行穩(wěn)定性。

目前，東芝車載分立器件被廣泛應(yīng)用于電子助力轉(zhuǎn)向、引擎／變速系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)、車載空調(diào)系統(tǒng)等設(shè)計中。產(chǎn)品系列包含了功率器件、小信號器件以及光半導(dǎo)體器件，這些器件在確保車輛的性能和安全性方面扮演著至關(guān)重要的角色。

屈興國表示，隨著全球新能源汽車市場的快速擴(kuò)展，東芝將繼續(xù)加大在車規(guī)級半導(dǎo)體領(lǐng)域的投入，尤其是在高壓平臺和碳化硅功率器件的開發(fā)上，提供更高效的電動汽車解決方案。

東芝與羅姆加深合作，加強(qiáng)車規(guī)半導(dǎo)體競爭力

在此次展會上，屈興國也向與非網(wǎng)記者介紹了東芝與羅姆半導(dǎo)體的合作。去年12月，兩家公司共同投資約27億美元，用于投資碳化硅和硅功率半導(dǎo)體的生產(chǎn)。東芝在日本中部石川縣建設(shè)了一座新的300毫米芯片工廠，計劃專注于硅功率器件的生產(chǎn)，而羅姆則主要擴(kuò)展其位于日本南部宮崎縣的碳化硅生產(chǎn)線。屈興國指出，通過這一合作，東芝與羅姆將共享技術(shù)資源和生產(chǎn)設(shè)施，避免重復(fù)建設(shè)的內(nèi)耗，提升市場供應(yīng)能力。這一合作得到了日本政府的強(qiáng)力支持，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省為此提供了約1294億日元的補(bǔ)貼，以推動日本在全球功率半導(dǎo)體領(lǐng)域的競爭力。通過資源共享和技術(shù)協(xié)同，東芝和羅姆有望進(jìn)一步鞏固其在電動汽車和可再生能源市場的領(lǐng)先地位，提升在功率半導(dǎo)體市場的份額。