從工業(yè)到汽車，東芝在功率器件市場的布局

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/程文智）近幾年來，新能源汽車發(fā)展迅猛，與之配套的汽車功率器件也發(fā)展迅速，不少廠商開始針對汽車應(yīng)用開發(fā)新的產(chǎn)品。比如說SiC就是一個(gè)典型，自從特斯拉在Model 3上使用之后，SiC在汽車中的用量開始增加，現(xiàn)在已經(jīng)有不少廠商都推出了車規(guī)級的SiC產(chǎn)品。

東芝作為先進(jìn)的半導(dǎo)體制造商，在SiC產(chǎn)品方面布局多年，目前已經(jīng)推出了SiC MOSFET、SiC SBD，及SiC MOSFET模塊等多種類型的產(chǎn)品。在PCIM Aisa 2021展上，東芝電子元件（上海）有限公司分立器件戰(zhàn)略業(yè)務(wù)企劃統(tǒng)括部，分立器件應(yīng)用技術(shù)部門高級經(jīng)理屈興國就向我們介紹了東芝一系列SiC產(chǎn)品。他表示：由于SiC與硅相比耐壓性更高，損耗更低，被廣泛認(rèn)為是下一代功率器件的材料，目前其主要應(yīng)用于列車逆變器中，但隨著技術(shù)不斷發(fā)展，今后還有可能會在工業(yè)設(shè)備的各種光伏發(fā)電系統(tǒng)和電源管理系統(tǒng)中扮演重要角色。

推陳出新，東芝力量撬動(dòng)SiC器件發(fā)展

盡管SiC器件備受業(yè)界關(guān)注，但可靠性和成本因素仍然阻礙了SiC器件的使用和市場增長。據(jù)屈興國先生介紹，目前，市場對全SiC MOSFET的價(jià)格接受度是對IGBT或MOSFET模塊價(jià)格的5倍左右，而現(xiàn)在全SiC MOSFET的價(jià)格是后者的10倍以上。對可靠性問題，他談到，當(dāng)電流流過位于功率MOSFET源極和漏極之間的PN二極管時(shí)，晶體缺陷會擴(kuò)大，這會增加導(dǎo)通電阻，并降低器件可靠性。

為了應(yīng)對這個(gè)問題，東芝開發(fā)了一種新型的器件結(jié)構(gòu)，即肖特基勢壘二極管（SBD）內(nèi)嵌式MOSFET。該結(jié)構(gòu)通過在MOSFET中放置一個(gè)與PN二極管并聯(lián)的肖特基勢壘二極管以防止PN結(jié)二極管運(yùn)行；相較于PN結(jié)二極管，內(nèi)嵌肖特基勢壘二極管的通態(tài)電壓更低，電流通過內(nèi)嵌肖特基勢壘二極管，可抑制導(dǎo)通電阻的變化。

新器件結(jié)構(gòu)是對肖特基勢壘二極管內(nèi)嵌式MOSFET器件的修改，通過應(yīng)用25%的工藝縮小和優(yōu)化設(shè)計(jì)來加強(qiáng)肖特基勢壘二極管對PN二極管中電流的抑制。與東芝目前的器件結(jié)構(gòu)相比，采用了新器件結(jié)構(gòu)的3300V芯片結(jié)構(gòu)在175℃時(shí)的電流密度增加了一倍以上，同時(shí)并未造成任何可靠性的損失。新器件結(jié)構(gòu)還可在室溫下將3300V芯片的導(dǎo)通電阻降低約20%，并可將1200V芯片的導(dǎo)通電阻降低約40%。

據(jù)了解，今年5月份開始，東芝采用新型器件結(jié)構(gòu)的3300V碳化硅功率模塊樣品已經(jīng)出貨。

而為了提高SiC使用的性價(jià)比，東芝也研發(fā)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(fù)和低損耗的特性，增強(qiáng)IGBT的性能，同時(shí)降低模塊的大小。目前東芝可以提供3300V，1500A的產(chǎn)品和1700V，1200A模塊。不過，屈興國表示，此類產(chǎn)品在國內(nèi)的推廣效果并不理想，因?yàn)閲鴥?nèi)廠商對這種折衷方案并不是太認(rèn)可，國內(nèi)廠商更關(guān)注純SiC產(chǎn)品，他們希望可以提供最先進(jìn)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(gè)過渡型產(chǎn)品來推廣，未來應(yīng)該會過渡到SiC MOSFET上去。

獨(dú)特的IEGT器件，彰顯東芝實(shí)力

除了SiC產(chǎn)品，在本次展會上東芝的一系列IEGT產(chǎn)品也吸引著觀展者的目光。東芝IEGT，即Injection Enhanced Gate Transistor的簡稱，是東芝在上世紀(jì)90年代創(chuàng)造的一個(gè)名稱，可以把它理解為東芝特制的IGBT。上世紀(jì)九十年代，東芝率先采用柵極注入增強(qiáng)技術(shù)以降低IGBT器件的靜態(tài)損耗，當(dāng)時(shí)東芝特意為這個(gè)名稱注冊了商標(biāo)，并將這個(gè)名稱保護(hù)起來。

屈興國表示，東芝的IEGT大功率器件目前主要有兩種類型，一類是應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電、HVDC輸配電的壓接式（PPI）產(chǎn)品；一類是主要應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電和電力機(jī)車的模塊封裝（PMI）產(chǎn)品。當(dāng)然，這兩類產(chǎn)品都可以用于工業(yè)驅(qū)動(dòng)。

壓接式封裝的IEGT（PPI）產(chǎn)品具有四大優(yōu)勢，即內(nèi)部芯片無引線鍵合比較容易實(shí)現(xiàn)高可靠性；可雙面散熱從而實(shí)現(xiàn)高散熱性能；便于多顆器件串聯(lián)應(yīng)用；采用陶瓷外殼封裝，具有防爆結(jié)構(gòu)。

電子發(fā)燒友網(wǎng)了解到，東芝目前是不提供IGBT／IEGT產(chǎn)品的驅(qū)動(dòng)芯片的，客戶如果想使用東芝的IGBT／IEGT產(chǎn)品可以使用第三方的驅(qū)動(dòng)芯片，比如青銅劍、PI等廠商提供的驅(qū)動(dòng)芯片。

多種功率產(chǎn)品，助力電子行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展

當(dāng)然，除了大功率器件，東芝在中小功率器件方面也有布局，比如針對直流無刷電機(jī)應(yīng)用，東芝可提供高集成度的智能模塊，目前的新品具備600V耐壓的高可靠性，且采用了內(nèi)置MOS，可實(shí)現(xiàn)更低的損耗，以及貼片封裝，幫助客戶提高生產(chǎn)效率。常規(guī)的過流、過溫和低壓保護(hù)功能也是一應(yīng)俱全。

另據(jù)屈興國介紹，東芝在汽車領(lǐng)域也深耕多年，在電子助力轉(zhuǎn)向、剎車系統(tǒng)、車載空調(diào)系統(tǒng)、引擎／變速系統(tǒng)、HEV／EV應(yīng)用、車載信息系統(tǒng)等方面都有相關(guān)產(chǎn)品供客戶選擇。

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編輯：jq