IGBT模塊與IPM雙箭齊發(fā)，三菱電機(jī)的堅(jiān)守與創(chuàng)變

近日，在春風(fēng)暖陽(yáng)中，三菱電機(jī)半導(dǎo)體大中國(guó)區(qū)在深圳舉辦了一場(chǎng)以功率模塊技術(shù)為主題的研討會(huì)。

在會(huì)議過(guò)程中，三菱電機(jī)功率器件制作所高級(jí)總工程師近藤晴房博士就功率器件發(fā)展與技術(shù)趨勢(shì)發(fā)表了主題演講，全面分享并解讀了三菱電機(jī)IGBT模塊和IPM在芯片技術(shù)與封裝技術(shù)方面的核心要點(diǎn)，及其在新材料與新應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。

三菱電機(jī)功率器件制作所高級(jí)總工程師近藤 晴房博士發(fā)表《三菱電機(jī)功率器件及其應(yīng)用》的主題報(bào)告。

新型芯片技術(shù)，提升模塊性能

作為功率器件的核心，IGBT芯片的重要性不言而喻。從早期的第三代IGBT平板型構(gòu)造，到第四代溝槽型構(gòu)造，三菱電機(jī)IGBT芯片技術(shù)一直處在行業(yè)領(lǐng)先地位。隨著芯片技術(shù)的不斷進(jìn)步，三菱電機(jī)獨(dú)特的芯片架構(gòu)也走在行業(yè)前沿，于2003年開發(fā)推出了第五代CSTBTTM，接著推出了芯片更薄的第六代CSTBTTM ，以及最新的第七代CSTBTTM ，構(gòu)造更加簡(jiǎn)單，芯片厚度進(jìn)一步減小，性能也得到穩(wěn)步提升。

年復(fù)一年的經(jīng)驗(yàn)累積，代代相傳的工藝積淀，相比第一代IGBT，三菱電機(jī)第七代IGBT的性能指數(shù)已經(jīng)提升18倍。

第七代IGBT模塊采用了第七代IGBT硅片和新型RFC二極管硅片，有效減小了芯片厚度，因而可以有效降低產(chǎn)品能耗。此外，獨(dú)特的芯片架構(gòu)使得模塊性能更加可靠，使用也更加方便。

三菱電機(jī)的IGBT模塊主要應(yīng)用在工業(yè)自動(dòng)化、新能源、牽引和電力，以及電動(dòng)汽車領(lǐng)域。其中，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型封裝的新型IGBT模塊。通過(guò)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)穸若敯粜?，從而進(jìn)一步提高了牽引變流器現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)青睞。

在新能源電動(dòng)車蓬勃發(fā)展的市場(chǎng)需求推動(dòng)下，三菱電機(jī)推出了豐富的針對(duì)電動(dòng)車用標(biāo)準(zhǔn)功率模塊系列，產(chǎn)品涵蓋空調(diào)逆變器用DIPIPMTM、車載充電器用SiC分立器件，及車載主驅(qū)逆變器用J1系列功率模塊等。

以J1系列功率模塊為例，針對(duì)純電動(dòng)、插電式混動(dòng)、普通混動(dòng)等細(xì)分車型，J1系列產(chǎn)品線覆蓋650V至1200V不同電壓等級(jí)，適合于小、中、大三類不同功率等級(jí)的新能源車用場(chǎng)景。

除了豐富的產(chǎn)品型號(hào)選擇，電動(dòng)車用直接水冷型J1系列Pin-fin模塊不僅具有封裝小、內(nèi)部雜散電感低的獨(dú)特性能，同時(shí)兼具緊湊、輕量、高散熱能力、高功率密度等四大優(yōu)點(diǎn)，完全符合車用電力電子技術(shù)發(fā)展對(duì)功率模塊體積小、重量輕、功耗低、品質(zhì)高的要求。

改良封裝技術(shù)，縮減模塊體積

電力電子技術(shù)的不斷進(jìn)步使得功率模塊朝著多功能化、小型化與低成本的方向全面發(fā)展。其中封裝工藝正扮演著越來(lái)越重要的角色，這直接影響著功率器件和集成電路的整體性能，也成為決定功率器件體積、重量、應(yīng)用方便性、壽命、性能及成本的關(guān)鍵因素。與對(duì)芯片技術(shù)的不斷探索一樣，三菱電機(jī)對(duì)改善封裝技術(shù)孜孜以求，臻于至善。

在功率模塊封裝技術(shù)陣營(yíng)，三菱電機(jī)是壓鑄模封裝功率模塊的先鋒。根據(jù)不同產(chǎn)品采用不同封裝技術(shù)的原則，在小容量消費(fèi)類DIPIPM產(chǎn)品中，三菱電機(jī)采用了壓注模封裝;在中容量工業(yè)產(chǎn)品、電動(dòng)汽車專用產(chǎn)品中，采用盒式封裝;而在大容量，特別是軌道牽引高鐵應(yīng)用場(chǎng)景中，則采用基于高性能碳化硅鋁底板的盒式封裝。

在外界公認(rèn)的印象中，三菱電機(jī)一直是變頻家電領(lǐng)域的絕對(duì)領(lǐng)導(dǎo)者。在變頻家電領(lǐng)域，面向變頻冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)和風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)等應(yīng)用場(chǎng)景，三菱電機(jī)的DIPIPMTM強(qiáng)大產(chǎn)能即是最好的例證。根據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，自發(fā)貨以來(lái)截止到2019年1月，DIPIPMTM產(chǎn)品累計(jì)發(fā)貨已經(jīng)超過(guò)6.5億片。

與此同時(shí)，三菱電機(jī)在去年9月1日面向市場(chǎng)推出的表面貼裝型IPM功率模塊，以高性能與高可靠性為特色，必然會(huì)再一次穩(wěn)固三菱電機(jī)功率模塊產(chǎn)品在變頻智能家電領(lǐng)域的強(qiáng)勢(shì)地位。

在封裝技術(shù)方面，以DIPIPMTM系列產(chǎn)品為例，三菱電機(jī)借助IPM產(chǎn)品設(shè)計(jì)累積的豐富經(jīng)驗(yàn)， DIPIPMTM產(chǎn)品封裝也越來(lái)越趨于小型化。DIPIPMTM一方面通過(guò)采用最新的第七代IGBT技術(shù)降低損耗與提高性能，同時(shí)縮小硅片面積;另一方面通過(guò)集成BSD，大大減少了外圍器件數(shù)量，顯著降低成本。

在至關(guān)重要的技術(shù)前沿，三菱電機(jī)始終領(lǐng)先一步。尤其值得注意的是，在封裝材料方面，三菱電機(jī)把絕緣層材料從樹脂注塑升級(jí)為環(huán)氧樹脂墊片，在保證絕緣性能的前提下，使散熱設(shè)計(jì)布線更簡(jiǎn)單，從而讓整體設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單緊湊。

最近，三菱電機(jī)獨(dú)創(chuàng)的DIPIPM+TM產(chǎn)品，將整流、逆變和制動(dòng)單元進(jìn)行整合，形成了整流逆變制動(dòng)一體化的雙列直插型智能功率模塊。通過(guò)封裝技術(shù)的創(chuàng)新，DIPIPM+TM 的高集成度與高性價(jià)的優(yōu)點(diǎn)更加凸顯。

以SiC為代表的第三代半導(dǎo)體材料在功率模塊半導(dǎo)體領(lǐng)域正在掀起新一輪的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。而早在20世紀(jì)末90年代初，三菱電機(jī)便開始了SiC功率器件的基礎(chǔ)研發(fā)工作，在攻克了基礎(chǔ)工藝技術(shù)難點(diǎn)之后，三菱電機(jī)SiC功率器件產(chǎn)品在工業(yè)及新能源、軌道牽引、汽車等不同應(yīng)用領(lǐng)域先后樹立了豐碑。基于對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)高要求的態(tài)度，以及對(duì)產(chǎn)品價(jià)值鏈的全局思考，三菱電機(jī)當(dāng)前對(duì)SiC功率模塊的推廣穩(wěn)扎穩(wěn)打，也許這就是作為“現(xiàn)代功率半導(dǎo)體領(lǐng)域開拓者”的底氣所在。

眾所周知，三菱電機(jī)已經(jīng)成立將近100年。在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域，三菱電機(jī)對(duì)IGBT模塊與智能功率模塊IPM的耕耘傳承，詮釋了這個(gè)兼具技術(shù)實(shí)力與青春活力的百年老店——一面是堅(jiān)守，一面是創(chuàng)新。