深耕功率器件市场，东芝半导体“秀肌肉”

近年来，在“双碳”目标的指引下，电力电子应用场景和市场需求的不断变化升级，从智能生活到智能工业，实现制造多场景，高效能应用的电力电子产品已经成为发展的主流。

为了应对这一趋势的变化，功率器件市场需求猛增。据Omdia数据显示，预计到2024年全球功率半导体市场规模约合173亿美元，市场空间巨大。

在此背景下，PCIM Asia上海国际电力元件、可再生能源管理展览会于近日正式召开。

其中，东芝作为电力电子制造商，积极响应能源挑战。在PCIM Asia展会现场，半导体行业观察等媒体受邀参观东芝展台，东芝电子元件（上海）有限公司分立器件技术部1部副总监屈兴国围绕本次展出的亮点产品以及东芝在功率器件方面的技术优势展开分享交流。

在本届PCIM Asia展会上，东芝主要展示的产品包括IEGT大功率器件、SiC MOSFET单管与模块、IPD智能功率器件、高低压MOSFET等产品。

• 东芝大功率器件IEGT，优势突出

所谓IEGT，是Injection Enhanced Gate Transistor的简称，又称栅极注入增强型晶体管。屈兴国表示，可以将IEGT理解为一种改良版的IGBT，主要适用于风力发电、输配电、变频器、牵引等大功率应用市场。

据介绍，IEGT技术起源于上世纪90年代，东芝在将IGBT器件从低压往高压做生产设计的过程中，发现做高电压的IGBT器件芯片越来越厚，传统的IGBT结构所产生的阻断较高，导通损耗越来越大，所以东芝采用了栅极注入增强的技术，通过该技术得以把饱和压降做得很低。

屈兴国强调，东芝大功率IEGT采用的是PPI压接式封装。

东芝PPI压接式IEGT

该封装形式具备诸多优势：

• 高可靠性：因为器件双面散热并且内部芯片通过无引线的方式键合，所以功率循环寿命的表现优异;
• 防爆性能优异：由于采用陶瓷外壳，器件的防爆能力远超塑料外壳的PMI器件;
• 方便压接使用：采用圆形封装，便于压力均匀传导至器件内部每一颗芯片;
• 方便器件串联：由于器件的上下侧分别是发射级和集电极，从结构上和纽扣电池一样方便多颗串联；
• 驱动方式与目前的IGBT相同。

目前，东芝IEGT产品线丰富，拥有多种不同的耐压产品。屈兴国表示，“随着高电压的市场需求，这次东芝展出了最新的6.5KV的PPI压接式封装器件，以满足市场和客户的使用需求。”后续，东芝会继续强化在PPI器件上的独特优势，继续开发更大电流、更高电压的产品。

同时，为了方便开发者更快地将IEGT应用到公司的产品中，在展位现场，东芝还展示了IEGT的参考设计，将两个IEGT器件通过压接装置，压在一起，帮助客户拿到产品后可以直接去测试和评估器件性能，缩短其开发周期。

东芝IEGT压接装置实例

据介绍，该组件基于半桥拓扑，采用2颗ST2000GXH32（4.5KV/2KA/内置二极管的压接式封装）IEGT，适用于新客户做双脉冲测试。据悉，在这个设计中，还预留了水冷的接口，为开发者进一步降低整个设计的温度提供了可能。

IEGT能够在大功率的风电和工业驱动等市场受到青睐。IEGT在国内电网的建设中发挥了重要的作用。屈兴国表示，国内正在推动的柔性直流输电，在发送和接收两端都会用到不少的IEGT模块，能够帮助电网实现更好的电力传输。

• 东芝发力碳化硅产品

IEGT以外，碳化硅（SiC）产品也是东芝本次展出的重点。

与Si相比，SiC是一种介电击穿强度更大、饱和电子漂移速度更快且热导率更高的半导体材料。因此，当用于半导体器件中时，碳化硅器件与硅器件相比可以提供高耐压、高速开关和低导通电阻。鉴于该特性，其将成为有助于降低能耗和缩小系统尺寸的下一代低损耗器件。

屈兴国表示，目前随着新能源汽车市场的带动，碳化硅器件和模块正在迎来新的市场需求。

东芝碳化硅模块

据介绍，东芝碳化硅MOS模块覆盖1200V、1700V、2200V、3300V电压，具备低杂散电感、低热阻、高可靠性的特点，可广泛应用到新能源、充电桩、数据中心、工业控制、储能等高功率电力系统中。

IGBT与SiC MOSFET损耗对比

屈兴国表示，与IGBT模块相比，SiC MOSFET模块的低损耗特性可以降低总损耗（开关损耗+导通损耗）。高速开关和低损耗操作还有助于减小滤波器、变压器和散热器的尺寸，实现了紧凑、轻便的系统。这降低了逆变器系统的材料成本。此外，无风扇冷却系统的实现提高了可靠性和降低维护成本。

值得关注的是，东芝碳化硅MOSFET采用SBD内置技术，而非本体二极管。屈兴国指出，对SiC MOSFET漏极-源极之间的寄生二极管通电会扩大双极退化的缺陷。双极退化缺陷的扩大会引起MOSFET导通电阻的波动，也可能导致产品缺陷。



而SBD内置技术具备更低的VF和出色的开关性能以及宽VGSS控制范围，由于SBD内置于MOSFET芯片中，回流时的反向电流将流向SBD以抑制寄生二极管的通电。可广泛应用于光储充行业、数据中心、以及马达等领域。

• 其他亮点与优势

此外，东芝还展示了其12英寸晶圆。屈兴国表示，目前量产产品还是以8英寸晶圆为主。去年东芝开始做12英寸晶圆产线，前期围绕低压MOS，40-100V耐压产品线，后续逐步做高压MOS、IGBT等芯片，目前已开始小批量出货。

据此前消息报道，东芝将加大投资和研发来扩大其功率半导体业务并提高竞争力，从而使其能够应对快速成长的需求。据悉，新建工程全部完成以后，产能会达到以前的3.5倍，计划或将于东芝的2024财年投产。

东芝还在现场展出了直流无刷控制方案。据了解，东芝提供的高集成度的智能功率模块，针对直流无刷的方案应用，具备过流、过温、低电压等保护功能，适用于空调和室外的风机这样的应用。

屈兴国表示，新产品有贴片封装和直插封装可选，以满足客户的不同需求。

东芝智能功率模块IPD

另外，分立器件也是东芝很重要的一部分。东芝的分立器件产品主要包括功率器件、隔离器件、小信号器件等。

针对车载分立器件产品，东芝的车载分立器件覆盖到了电子助力转向、引擎/变速系统、HEV/EV应用、车载信息系统、刹车系统、车载空调系统和其他车身应用。

针对车载业务，屈兴国表示：“我们正在推广IGBT芯片给到国内的模块厂家”。现阶段，东芝期望借助与国内企业合作谋求发展，可能包括寻求与国内企业成立合资公司，或者向下游国产模块厂商出售晶圆等方式进行探索和布局。

• 结语

在本次PCIM Asia 2023上，东芝半导体从产品性能、可靠性以及产品创新层面，展示了其在功率器件领域的技术实力和创新能力。

基于此，在广阔的市场需求下，东芝正迎来新一轮的发展机遇。