三菱電機(jī)打造功率半導(dǎo)體行業(yè)“樣本”

“從未對創(chuàng)新懈怠，保持著一貫的技術(shù)迭代步伐。”這是三菱電機(jī)半導(dǎo)體在60余年的漫長征程里彰顯出來的企業(yè)氣質(zhì)。這家世界500強(qiáng)企業(yè)，始終保持著一顆低姿態(tài)、高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求的匠人心態(tài)，努力用產(chǎn)品說話。

作為現(xiàn)代功率半導(dǎo)體器件的開拓者，自1921年以來，圍繞著變頻家電、工業(yè)、新能源、軌道牽引、電動(dòng)汽車五大應(yīng)用領(lǐng)域，以產(chǎn)品研發(fā)與技術(shù)創(chuàng)新為初心，三菱電機(jī)持續(xù)地推出一代又一代性能更優(yōu)、性價(jià)比更高的產(chǎn)品。如今，三菱電機(jī)研發(fā)推出的DIPIPMTM已成為變頻家電領(lǐng)域不可或缺重要組成部分，而且其高速機(jī)車用HVIGBT模塊也早已成為行業(yè)默認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)。

過去一年，在推出新品和產(chǎn)品迭代的基礎(chǔ)上，三菱電機(jī)產(chǎn)品線更加全面。在新能源發(fā)電特別是光伏、風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，三菱電機(jī)在2018年順利推出基于LV100封裝的新型IGBT模塊。通過不斷改善芯片技術(shù)，在軌道牽引應(yīng)用領(lǐng)域，X系列HVIGBT不僅拓寬了安全工作區(qū)域度，提升了電流密度，而且增強(qiáng)了抗?jié)穸群涂鼓遏敯粜裕瑥亩M(jìn)一步提高了牽引變流器現(xiàn)場運(yùn)行的可靠性。而在電動(dòng)汽車領(lǐng)域，直接水冷型J1系列Pin-fin模塊憑借封裝小、內(nèi)部雜散電感低的獨(dú)特性能，獲得了市場青睞。

6月26日，PCIM亞洲展2019在上海世博展覽館隆重舉行，三菱電機(jī)半導(dǎo)體以其六十多年的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和積淀為我們帶來全新的技術(shù)盛宴。在此次展會(huì)上，三菱電機(jī)帶來了19款功率模塊并重點(diǎn)展示了表面貼裝型IPM、大型DIPIPM+TM、X系列HVIGBT、和SiC MOSFET分立器件、全SiC高壓模塊5款新型功率模塊。其中SiC MOSFET分立器件和全SiC高壓模塊是國內(nèi)首次展出。

在媒體發(fā)布會(huì)上，三菱電機(jī)就最新的Si功率芯片、SiC功率芯片技術(shù)，面向家電、汽車、牽引和工業(yè)應(yīng)用的新型功率模塊，以及下一代產(chǎn)品布局進(jìn)行了全面的闡述。

拳頭產(chǎn)品持續(xù)引領(lǐng)行業(yè)方向

目前，國家對于家電變頻化率要求越來越高，變頻家電市場份額也在快速增長，對處在變頻家電產(chǎn)業(yè)鏈上游的功率半導(dǎo)體企業(yè)來說，也將迎來一個(gè)全新的市場機(jī)遇期。

“可以說，三菱電機(jī)在家電領(lǐng)域已經(jīng)是領(lǐng)導(dǎo)者，為了持續(xù)保持領(lǐng)先地位，三菱電機(jī)根據(jù)不同產(chǎn)品的細(xì)化提供更多的產(chǎn)品線迎合客戶的要求。” 三菱電機(jī)半導(dǎo)體事業(yè)本部首席技術(shù)官Dr.Gourab Majumdar說，通過“做小”產(chǎn)品和“做大”功率兩個(gè)方向的延伸，三菱電機(jī)將進(jìn)一步鞏固自身在IPM及DIPIPMTM制造的經(jīng)驗(yàn)。

據(jù)悉，三菱電機(jī)進(jìn)攻小功率變頻市場主要是為了開拓以空調(diào)風(fēng)機(jī)、冰箱和洗碗機(jī)等家電新消費(fèi)領(lǐng)域。去年，針對這一領(lǐng)域，三菱電機(jī)展出了用于變頻家電的小型封裝SLIMDIP-S/SLIMDIP-L，今年，三菱電機(jī)展出了更小封裝的表面貼裝型IPM，該產(chǎn)品采用RC-IGBT芯片實(shí)現(xiàn)更高的集成度，采用貼片封裝，使得IPM體積更小;內(nèi)置全面保護(hù)功能(包括短路/欠壓/過溫保護(hù))，可采用回流焊來降低生產(chǎn)成本。

現(xiàn)在很多變頻空調(diào)在壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)上用了三菱的DIPIPMTM，在風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)上應(yīng)用比較少，所以通過導(dǎo)入原有客戶，三菱電機(jī)可以進(jìn)一步擴(kuò)展產(chǎn)品應(yīng)用。目前，三菱電機(jī)這種新型的表面貼裝型IPM已經(jīng)在家電市場中獲得客戶認(rèn)可。

為了適應(yīng)變頻市場高可靠性、低成本、小型化等的應(yīng)用需求，三菱電機(jī)于上世紀(jì)開發(fā)了雙列直插型智能功率模塊——DIPIPMTM系列產(chǎn)品。DIPIPMTM通過內(nèi)置HVIC，使其外圍電路變得更加簡單緊湊，節(jié)約了用戶成本。從1997年正式推出DIPIPMTM到2019年1月，三菱電機(jī)DIPIPMTM產(chǎn)品已累計(jì)發(fā)貨超過6.5億片。

針對商用空調(diào)多聯(lián)機(jī)，三菱電機(jī)將會(huì)推廣大型DIPIPM+TM系列產(chǎn)品。今年，三菱電機(jī)大型DIPIPM+TM模塊即將量產(chǎn)，額定電流覆蓋更廣。大型DIPIPM+TM模塊具有完整集成整流橋、逆變橋以及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路，該產(chǎn)品采用第7代CSTBTTM硅片，內(nèi)置短路保護(hù)和欠壓保護(hù)功能以及溫度模擬量輸出功能和自舉二極管(BSD)及自舉限流電阻，額定電流覆蓋50~100A/1200V，可以簡化PCB布線設(shè)計(jì)，縮小基板面積。

DIPIPM+TM將DIPIPMTM系列產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域拓展至更高功率密度的交流傳動(dòng)上，可靠性進(jìn)一步提高，失效率大幅降低，減少了工程師開發(fā)產(chǎn)品的周期。三菱電機(jī)半導(dǎo)體大中國區(qū)技術(shù)總監(jiān)宋高升進(jìn)一步解釋，因?yàn)榧闪讼嚓P(guān)的周邊器件，使得客戶可以將電路板做得更加簡化，圍繞功率模塊的周邊器件數(shù)量減少。

成為車用功率模塊標(biāo)桿

在三菱電機(jī)半導(dǎo)體大中國區(qū)市場總監(jiān)錢宇峰看來，電動(dòng)車作為城市環(huán)保的主力軍，未來發(fā)展空間巨大。盡管現(xiàn)在汽油車連續(xù)幾個(gè)月出現(xiàn)負(fù)增長，但是電動(dòng)車的市場仍將蓬勃發(fā)展。據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測，2019年，整個(gè)電動(dòng)汽車銷量將達(dá)到150萬臺(tái)，到2020年，將達(dá)到500萬臺(tái)。而三菱在電動(dòng)車領(lǐng)域，目前主推J1系列產(chǎn)品，已涵蓋650V/300A~1000A、1200V/300A~600A的容量范圍，基本上可滿足30kW~150kW的電驅(qū)動(dòng)峰值功率的應(yīng)用要求。

Dr.Gourab Majumdar表示，從最開始跟一些日系的車廠開發(fā)到現(xiàn)在，在新能源車主驅(qū)驅(qū)動(dòng)上，三菱電機(jī)已經(jīng)擁有20多年的經(jīng)驗(yàn)積累。最新J1系列功率模塊實(shí)現(xiàn)了散熱器和功率模塊二合一，目前下一代具有更高性價(jià)比的產(chǎn)品已經(jīng)正在研發(fā)。

在軌道牽引行業(yè)，三菱電機(jī)的HVIGBT模塊已得到在全球軌道及交通市場的廣泛認(rèn)可，成為行業(yè)默認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)。2019年，針對軌道牽引、電力傳輸和高可靠性變流器等應(yīng)用領(lǐng)域，三菱電機(jī)半導(dǎo)體將會(huì)推廣功率密度更高的X系列HVIGBT，涵蓋傳統(tǒng)封裝、 LV100封裝(6kV絕緣耐壓)、HV100封裝(10kV絕緣耐壓)三種封裝模式。

X系列HVIGBT進(jìn)一步擴(kuò)展3.3kV/4.5kV/6.5kV的電流等級，實(shí)現(xiàn)更大電流密度，該產(chǎn)品采用第7代CSTBTTM硅片技術(shù)和RFC二極管硅片技術(shù)，能夠降低功率損耗;此外，該產(chǎn)品采用LNFLR技術(shù)減小結(jié)-殼熱阻，全系列運(yùn)行結(jié)溫范圍達(dá)到-50℃~150℃，安全工作區(qū)(SOA)裕量大，且無Snap-off反向恢復(fù)。

通過優(yōu)化封裝內(nèi)部結(jié)構(gòu)，X系列HVIGBT提高散熱性、耐濕性和阻燃性，延長產(chǎn)品壽命。該系列采用傳統(tǒng)封裝，可兼容現(xiàn)有H系列和R系列HVIGBT，其中，LV100和HV100封裝，交直流分開的主端子布局，利于并聯(lián)應(yīng)用;LV100和HV100封裝，全新的封裝結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)極低內(nèi)部雜散電感。

SiC功率模塊由于有耐高溫、低功耗和高可靠性的特點(diǎn)，可以拓展更多應(yīng)用領(lǐng)域。對于以后開拓新市場來說，SiC是最好的選擇。毋庸置疑的是，SiC已經(jīng)成為各企業(yè)爭相布局的下一個(gè)制高點(diǎn)。

據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測，到2023年SiC功率市場總值將超過14億美元，2017年至2023年的復(fù)合年增長率(CAGR)將達(dá)到29%。目前，SiC功率市場仍然主要受功率因數(shù)校正(PFC)和光伏(PV)應(yīng)用中使用的二極管驅(qū)動(dòng)。預(yù)計(jì)五年內(nèi)，驅(qū)動(dòng)SiC器件市場增長的主要因素將是MOSFET，該細(xì)分市場在2017~2023年期間的復(fù)合年增長率將達(dá)到驚人的50%。

三菱電機(jī)是將SiC技術(shù)應(yīng)用于功率模塊的先驅(qū)之一，已經(jīng)發(fā)布了近三十款SiC功率模塊，包括Hybrid-SiC-IGBT模塊、Hybrid-SiC-IPM、Full-SiC-MOSFET模塊和Full-SiC-IPM等。其SiC功率模塊產(chǎn)品線涵蓋額定電流15A~1200A及額定電壓600V~3300V，目前均可提供樣品。

此次國內(nèi)首次展出的全SiC高壓半橋模塊(3.3kV/750A)也備受關(guān)注，其內(nèi)部包含SiC MOSFET及反并聯(lián)SiC肖特基二極管(SBD)。為了降低模塊封裝內(nèi)部電感(<10 nH)和提高并聯(lián)芯片之間的均流效果，這款模塊采用了一種被稱為LV100全新的封裝，采用交直流分開的主端子布局，利于并聯(lián)應(yīng)用并實(shí)現(xiàn)極低內(nèi)部雜散電感。

“這款前沿產(chǎn)品，必將推動(dòng)國內(nèi)鐵道牽引、電力傳輸和固態(tài)變壓器領(lǐng)域新一輪高功率密度變換器的研究和開發(fā)。” 在此前接受采訪時(shí)，三菱電機(jī)半導(dǎo)體大中國區(qū)技術(shù)總監(jiān)宋高升說。

早在2013年，三菱電機(jī)供軌道交通車輛使用、搭載3.3kV的全SiC功率模塊便已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化，其后，三菱電機(jī)一直堅(jiān)持致力于推廣更節(jié)能的SiC功率模塊以逐步取代傳統(tǒng)的Si功率模塊。與Si-IGBT模塊相比，F(xiàn)MF750DC-66A具有更低的開關(guān)損耗，其Eon相對降低了61%，Eoff則相對減小了95%。

在車載充電器(OBC)、PFC、光伏發(fā)電應(yīng)用領(lǐng)域，SiC SBD和SiC MOSFET兩款分立器件產(chǎn)品同樣值得期待。目前，電動(dòng)汽車市場需求與日俱增，而通常所說的電動(dòng)汽車包括電動(dòng)乘用車和電動(dòng)大巴。電動(dòng)乘用車?yán)锒鄠€(gè)地方需要用到功率器件，包括主驅(qū)變頻器、OBC、助力轉(zhuǎn)向等。三菱電機(jī)正在電動(dòng)乘用車和電動(dòng)大巴這兩大市場同時(shí)發(fā)力，以進(jìn)一步拓展功率器件的應(yīng)用領(lǐng)域。

SiC SBD正向壓降低，具有更高I²t，對抗浪涌電流有更強(qiáng)的能力;此外，該產(chǎn)品還具有更強(qiáng)的高頻開關(guān)特性，可以使周邊器件小型化(如電抗器)，可應(yīng)用于車載電子產(chǎn)品。

而SiC MOSFET采用第2代SiC工藝，溝槽柵型結(jié)構(gòu)，具有低Ron和低反向恢復(fù)損耗，適合更高開關(guān)頻率，既可應(yīng)用于于工業(yè)級產(chǎn)品，也可應(yīng)用于車載級產(chǎn)品。

未來，三菱電機(jī)將基于第2代溝槽型SiC-MOSFET芯片(6英寸)的SiC功率模塊實(shí)現(xiàn)

可批量生產(chǎn)，并逐步完善600V、1200V、1700V系列。與此同時(shí)，將應(yīng)用SBD嵌入式平板型SiC芯片技術(shù)開發(fā)新一代3.3kV和6.5kV高壓SiC-MOSFET模塊。

2019年，大功率的半導(dǎo)體器件都處于缺貨的狀態(tài)，交貨很緊。對于此， Dr. Gourab Majumdar表示，三菱電機(jī)除了自己投產(chǎn)建立晶圓廠之外，也正在找尋一些代工廠幫助其加工一些晶圓的工序，保證持續(xù)穩(wěn)定的供貨。事實(shí)上，與2016年、2017年相比較，2019年三菱電機(jī)的投資金額增長了2倍，對于未來的擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃，Dr.Gourab Majumdar很有信心。

在2018年度，三菱電機(jī)以位于日本熊本和中國的主力工廠為中心進(jìn)行了投資。計(jì)劃到2022年度，以功率半導(dǎo)體為中心的功率器件業(yè)務(wù)力爭實(shí)現(xiàn)2000億日元銷售。

順應(yīng)IGBT的發(fā)展趨勢，從第一代IGBT到第七代IGBT，三菱電機(jī)不斷推陳出新，晶圓越來越薄，柵極與柵極之間距離越來越近，產(chǎn)品越來越小型化，實(shí)現(xiàn)小封裝大電流產(chǎn)品的提升。Dr.Gourab Majumdar稱三菱電機(jī)下一代超級薄的晶圓會(huì)把性能指數(shù)調(diào)整得更高。

以“信賴、質(zhì)量、技術(shù)、貢獻(xiàn)、手法、環(huán)境、發(fā)展”為行動(dòng)方針，以“Changes for the Better”為企業(yè)宣言，以持續(xù)不斷地創(chuàng)新精神為驅(qū)動(dòng)力，通過技術(shù)賦能，用產(chǎn)品說話，成就了三菱電機(jī)在功率半導(dǎo)體市場的領(lǐng)先地位。