隨著汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，特別是電動(dòng)化及智能化趨勢(shì)愈發(fā)明顯，為汽車電子產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了新的機(jī)會(huì)，特別是在功率半導(dǎo)體器件方面。根據(jù)天風(fēng)證券分析，電源驅(qū)動(dòng)模塊大量應(yīng)用功率半導(dǎo)體，且應(yīng)用于高壓領(lǐng)域的IGBT用量顯著提升，預(yù)計(jì)單車價(jià)值量由70美金上升至300美金，市場(chǎng)潛力非常大。

為此，芯師爺也在“三菱電機(jī)半導(dǎo)體技術(shù)日”現(xiàn)場(chǎng)，獨(dú)家專訪了三菱電機(jī)半導(dǎo)體大中國(guó)區(qū)應(yīng)用技術(shù)中心總監(jiān)宋高升先生，針對(duì)功率半導(dǎo)體器件面臨的主要問題及未來(lái)方向進(jìn)行了深入解讀。

由于功率半導(dǎo)體是電能轉(zhuǎn)換和控制的核心部件，廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、 高鐵、空調(diào)洗衣機(jī)、電網(wǎng)輸電等應(yīng)用領(lǐng)域。

據(jù)宋高升介紹，三菱電機(jī)在功率半導(dǎo)體方面擁有六十二年的經(jīng)驗(yàn)積累，現(xiàn)在產(chǎn)品主要應(yīng)用于家電、工業(yè)、新能源、軌道牽引、電動(dòng)汽車五大領(lǐng)域。其中在家電領(lǐng)域，根據(jù)IHS市場(chǎng)數(shù)據(jù)，三菱電機(jī)在全球占比接近四成，后續(xù)將加快研發(fā)第7代DIPIPM系列產(chǎn)品，提升DIPIPM的工作溫度范圍，以滿足市場(chǎng)需求。

除此之外，在本次半導(dǎo)體技術(shù)日期間，三菱電機(jī)也集中展示了四大類新型功率模塊——變頻家電用DIPIPM、工業(yè)和新能源用第7代IGBT和IPM模塊、電動(dòng)汽車專用J1系列功率模塊、鐵道牽引與電力傳輸用X系列HVIGBT模塊。

“目前，我們功率半導(dǎo)體產(chǎn)品布局的領(lǐng)域都在穩(wěn)步發(fā)展，未來(lái)汽車領(lǐng)域?qū)⒊蔀橹匾某砷L(zhǎng)市場(chǎng)”。對(duì)于產(chǎn)業(yè)發(fā)展，宋高升也詳細(xì)解釋道：“雖然說近期汽車市場(chǎng)表現(xiàn)低迷，但是新能源汽車卻依舊保持著高速增長(zhǎng)趨勢(shì)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度來(lái)看，我們也認(rèn)為乘用車市場(chǎng)將取得大的發(fā)展。不僅僅是在主驅(qū)方面，車用空調(diào)、OBC等領(lǐng)域都將使用性能更加優(yōu)越的功率半導(dǎo)體產(chǎn)品?！?/span>

從市場(chǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)也可以看出，在新能源汽車的帶動(dòng)下，各種功率半導(dǎo)體都將迎來(lái)一定程度的增長(zhǎng)，包括整流器、晶閘管、二極管、IGBT、MOSFET以及其他分立器件。其中，IGBT和MOSFET增長(zhǎng)尤為明顯。然而，近幾年功率半導(dǎo)體市場(chǎng)卻一直處于供不應(yīng)求的狀態(tài)。

對(duì)此，宋高升也預(yù)測(cè)，由于電動(dòng)汽車市場(chǎng)對(duì)功率器件需求的持續(xù)增長(zhǎng)，以及功率器件上游材料供應(yīng)的原因，功率半導(dǎo)體器件供不應(yīng)求的態(tài)勢(shì)在2019年不會(huì)出現(xiàn)明顯好轉(zhuǎn)，三菱電機(jī)也一直在嘗試解決產(chǎn)能問題。

對(duì)于電力電子應(yīng)用領(lǐng)域而言，隨著功率變換器體積的不斷減小，對(duì)于功率器件的功耗要求越來(lái)越高。在這種趨勢(shì)下，第三代半導(dǎo)體材料再次引起行業(yè)關(guān)注，其中以SiC和GaN最具代表性。

據(jù)了解，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)布了二十多款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。

針對(duì)全SiC功率芯片短路耐量不足的問題，在SiC功率模塊開發(fā)時(shí)，三菱電機(jī)采用兩種解決方案：第一種是 IPM，使客戶在使用模塊不再面臨短路保護(hù)的煩惱；第二種是在 SiC-MOSFET 芯片上設(shè)置電流傳感器，供客戶在為SiC模塊設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)時(shí)方便地使用RTC(實(shí)時(shí)控制技術(shù))進(jìn)行短路保護(hù)。

在談及SiC功率器件應(yīng)用情況時(shí)，宋高升也向芯師爺編輯介紹到：“其實(shí)，SiC功率器件已在很多領(lǐng)域成功應(yīng)用。例如，3300V全SiC功率模塊已經(jīng)在牽引變流器中得到應(yīng)用，有著顯著的節(jié)能、減小變流器體積和重量等作用。6500V IGBT模塊也已經(jīng)用于高鐵和電力傳輸系統(tǒng)，這些市場(chǎng)期待6500V SiC功率模塊能帶來(lái)更多好處。為此，三菱電機(jī)也開發(fā)了業(yè)界首款采用HV100封裝的新型6500V全SiC MOSFET功率模塊?！?/span>

此外，根據(jù)宋高升介紹，基于對(duì)應(yīng)用前景的看好，三菱電機(jī)正在不斷升級(jí)SiC系列產(chǎn)品，并致力于推進(jìn)Full-SiC MOSFET 模塊的商業(yè)化。

在 800A/1200V全SiC模塊成功的基礎(chǔ)上，三菱電機(jī)推出了其升級(jí)版本。與舊型號(hào)相比，其內(nèi)部采用了相同的低損耗 SiC MOSFET 芯片組，但是封裝有所變更，新封裝內(nèi)部電感小于10nH，絕緣電壓達(dá)到4000V。其SiC MOSFET的P側(cè)和N側(cè)均采用了實(shí)時(shí)控制電路(RTC)。此電路采用 MOSFET 芯片中集成的電流傳感器來(lái)檢測(cè)短路，并通過快速抑制柵極電壓來(lái)高效地進(jìn)行短路電流限制。

2018 年，三菱電機(jī)推出全新的 750 A/3300 V 全 SiC 2in1 模塊 FMF750DC-66A，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)芯片之間良好的均流，這款模塊采用了一種被稱為 LV100 全新的封裝。 這款全新的全 SiC 功率模塊的開關(guān)損耗比傳統(tǒng) Si-IGBT功率模塊的降低了大約 80%。與現(xiàn)有采用硅功率模塊的機(jī)車牽引系統(tǒng)相比，采用 FMF750DC-66A 逆變器的總功耗可降低 30%。

為了滿足功率器件市場(chǎng)對(duì)噪聲低、效率高、尺寸小和重量輕的要求，三菱電機(jī)正在加緊研發(fā)新一代溝槽柵SiC MOSFET芯片技術(shù)，該技術(shù)將進(jìn)一步改善短路耐量和導(dǎo)通電阻的關(guān)系，并計(jì)劃在2020年實(shí)現(xiàn)新型SiC MOSFET模塊的商業(yè)化。

在“三菱電機(jī)半導(dǎo)體技術(shù)日”現(xiàn)場(chǎng)，芯師爺編輯也了解到三菱電機(jī)在功率半導(dǎo)體方面已經(jīng)有62年的技術(shù)積累。除了在變頻家電領(lǐng)域是絕對(duì)領(lǐng)導(dǎo)者之外，在其他應(yīng)用領(lǐng)域都占據(jù)著重要的市場(chǎng)地位，特別是在第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)方面。

針對(duì)后續(xù)發(fā)展，宋高升表示：“在變頻家電方面，三菱電機(jī)將加快研發(fā)第7代DIPIPM, 提升DIPIPM的溫度范圍；在工業(yè)與新能源方面，加快研發(fā)第8代IGBT模塊；在軌道牽引方面，完善X系列HVIGBT的產(chǎn)品線，逐步推動(dòng)Full-SiC MOSFET模塊的商業(yè)化。另外，在電動(dòng)汽車方面，則是開發(fā)適合中國(guó)市場(chǎng)的汽車級(jí)功率模塊解決方案，并逐步提高產(chǎn)能?！?/span>