隨著汽車產業的發展，特別是電動化及智能化趨勢愈發明顯，為汽車電子產業帶來了新的機會，特別是在功率半導體器件方面。根據天風證券分析，電源驅動模塊大量應用功率半導體，且應用於高壓領域的IGBT用量顯著提升，預計單車價值量由70美金上升至300美金，市場潛力非常大。
為此，芯師爺也在“三菱電機半導體技術日”現場，獨家專訪了三菱電機半導體大中國區應用技術中心總監宋高升先生，針對功率半導體器件面臨的主要問題及未來方向進行了深入解讀。
三菱電機半導體大中國區應用技術中心總監宋高升
2019年產能難題依舊難解
由於功率半導體是電能轉換和控制的核心部件，廣泛應用於汽車工業、 高鐵、空調洗衣機、電網輸電等應用領域。
據宋高升介紹，三菱電機在功率半導體方面擁有六十二年的經驗積累，現在產品主要應用於家電、工業、新能源、軌道牽引、電動汽車五大領域。其中在家電領域，根據IHS市場數據，三菱電機在全球佔比接近四成，後續將加快研發第7代DIPIPM系列產品，提升DIPIPM的工作溫度範圍，以滿足市場需求。
表面貼裝型IPM
除此之外，在本次半導體技術日期間，三菱電機也集中展示了四大類新型功率模塊——變頻家電用DIPIPM、工業和新能源用第7代IGBT和IPM模塊、電動汽車專用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，我們功率半導體產品佈局的領域都在穩步發展，未來汽車領域將成為重要的成長市場”。對於產業發展，宋高升也詳細解釋道：“雖然說近期汽車市場表現低迷，但是新能源汽車卻依舊保持著高速增長趨勢。從長遠的角度來看，我們也認為乘用車市場將取得大的發展。不僅僅是在主驅方面，車用空調、OBC等領域都將使用性能更加優越的功率半導體產品。”
新能源汽車帶來各功率半導體市場空間測算（百萬美元，%）
從市場統計數據也可以看出，在新能源汽車的帶動下，各種功率半導體都將迎來一定程度的增長，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增長尤為明顯。然而，近幾年功率半導體市場卻一直處於供不應求的狀態。
對此，宋高升也預測，由於電動汽車市場對功率器件需求的持續增長，以及功率器件上游材料供應的原因，功率半導體器件供不應求的態勢在2019年不會出現明顯好轉，三菱電機也一直在嘗試解決產能問題。
SiC器件應用成功邁出第一步
對於電力電子應用領域而言，隨著功率變換器體積的不斷減小，對於功率器件的功耗要求越來越高。在這種趨勢下，第三代半導體材料再次引起行業關注，其中以SiC和GaN最具代表性。
據瞭解，三菱電機是將SiC技術應用於功率模塊的先驅之一，已經發布了二十多款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。
電動汽車用J1系列EV-PM（A封裝）
針對全SiC功率芯片短路耐量不足的問題，在SiC功率模塊開發時，三菱電機採用兩種解決方案：第一種是 IPM，使客戶在使用模塊不再面臨短路保護的煩惱；第二種是在 SiC-MOSFET 芯片上設置電流傳感器，供客戶在為SiC模塊設計驅動時方便地使用RTC(實時控制技術)進行短路保護。
在談及SiC功率器件應用情況時，宋高升也向芯師爺編輯介紹到：“其實，SiC功率器件已在很多領域成功應用。例如，3300V全SiC功率模塊已經在牽引變流器中得到應用，有著顯著的節能、減小變流器體積和重量等作用。6500V IGBT模塊也已經用於高鐵和電力傳輸系統，這些市場期待6500V SiC功率模塊能帶來更多好處。為此，三菱電機也開發了業界首款採用HV100封裝的新型6500V全SiC MOSFET功率模塊。”
下一步推進SiC產品商業化
此外，根據宋高升介紹，基於對應用前景的看好，三菱電機正在不斷升級SiC系列產品，並致力於推進Full-SiC MOSFET 模塊的商業化。
在 800A/1200V全SiC模塊成功的基礎上，三菱電機推出了其升級版本。與舊型號相比，其內部採用了相同的低損耗 SiC MOSFET 芯片組，但是封裝有所變更，新封裝內部電感小於10nH，絕緣電壓達到4000V。其SiC MOSFET的P側和N側均採用了實時控制電路(RTC)。此電路採用 MOSFET 芯片中集成的電流傳感器來檢測短路，並通過快速抑制柵極電壓來高效地進行短路電流限制。
Full SiC MOSFET模塊
2018 年，三菱電機推出全新的 750 A/3300 V 全 SiC 2in1 模塊 FMF750DC-66A，其內部包含 SiC MOSFET及反並聯 SiC 肖特基二極管(SBD)。為了降低模塊封裝內部電感(<10 nH)和提高並聯芯片之間良好的均流，這款模塊採用了一種被稱為 LV100 全新的封裝。 這款全新的全 SiC 功率模塊的開關損耗比傳統 Si-IGBT功率模塊的降低了大約 80%。與現有采用硅功率模塊的機車牽引系統相比，採用 FMF750DC-66A 逆變器的總功耗可降低 30%。
為了滿足功率器件市場對噪聲低、效率高、尺寸小和重量輕的要求，三菱電機正在加緊研發新一代溝槽柵SiC MOSFET芯片技術，該技術將進一步改善短路耐量和導通電阻的關係，並計劃在2020年實現新型SiC MOSFET模塊的商業化。
小結：
在“三菱電機半導體技術日”現場，芯師爺編輯也瞭解到三菱電機在功率半導體方面已經有62年的技術積累。除了在變頻家電領域是絕對領導者之外，在其他應用領域都佔據著重要的市場地位，特別是在第三代半導體產業方面。
針對後續發展，宋高升表示：“在變頻家電方面，三菱電機將加快研發第7代DIPIPM, 提升DIPIPM的溫度範圍；在工業與新能源方面，加快研發第8代IGBT模塊；在軌道牽引方面，完善X系列HVIGBT的產品線，逐步推動Full-SiC MOSFET模塊的商業化。另外，在電動汽車方面，則是開發適合中國市場的汽車級功率模塊解決方案，並逐步提高產能。”
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