随着汽车产业的发展，特别是电动化及智能化趋势愈发明显，为汽车电子产业带来了新的机会，特别是在功率半导体器件方面。根据天风证券分析，电源驱动模块大量应用功率半导体，且应用于高压领域的IGBT用量显著提升，预计单车价值量由70美金上升至300美金，市场潜力非常大。
为此，芯师爷也在“三菱电机半导体技术日”现场，独家专访了三菱电机半导体大中国区应用技术中心总监宋高升先生，针对功率半导体器件面临的主要问题及未来方向进行了深入解读。
三菱电机半导体大中国区应用技术中心总监宋高升
2019年产能难题依旧难解
由于功率半导体是电能转换和控制的核心部件，广泛应用于汽车工业、 高铁、空调洗衣机、电网输电等应用领域。
据宋高升介绍，三菱电机在功率半导体方面拥有六十二年的经验积累，现在产品主要应用于家电、工业、新能源、轨道牵引、电动汽车五大领域。其中在家电领域，根据IHS市场数据，三菱电机在全球占比接近四成，后续将加快研发第7代DIPIPM系列产品，提升DIPIPM的工作温度范围，以满足市场需求。
表面贴装型IPM
除此之外，在本次半导体技术日期间，三菱电机也集中展示了四大类新型功率模块——变频家电用DIPIPM、工业和新能源用第7代IGBT和IPM模块、电动汽车专用J1系列功率模块、铁道牵引与电力传输用X系列HVIGBT模块。
“目前，我们功率半导体产品布局的领域都在稳步发展，未来汽车领域将成为重要的成长市场”。对于产业发展，宋高升也详细解释道：“虽然说近期汽车市场表现低迷，但是新能源汽车却依旧保持着高速增长趋势。从长远的角度来看，我们也认为乘用车市场将取得大的发展。不仅仅是在主驱方面，车用空调、OBC等领域都将使用性能更加优越的功率半导体产品。”
新能源汽车带来各功率半导体市场空间测算（百万美元，%）
从市场统计数据也可以看出，在新能源汽车的带动下，各种功率半导体都将迎来一定程度的增长，包括整流器、晶闸管、二极管、IGBT、MOSFET以及其他分立器件。其中，IGBT和MOSFET增长尤为明显。然而，近几年功率半导体市场却一直处于供不应求的状态。
对此，宋高升也预测，由于电动汽车市场对功率器件需求的持续增长，以及功率器件上游材料供应的原因，功率半导体器件供不应求的态势在2019年不会出现明显好转，三菱电机也一直在尝试解决产能问题。
SiC器件应用成功迈出第一步
对于电力电子应用领域而言，随着功率变换器体积的不断减小，对于功率器件的功耗要求越来越高。在这种趋势下，第三代半导体材料再次引起行业关注，其中以SiC和GaN最具代表性。
据了解，三菱电机是将SiC技术应用于功率模块的先驱之一，已经发布了二十多款SiC功率模块，包括Hybrid-SiC-IGBT模块、Hybrid-SiC-IPM、Full-SiC-MOSFET模块和Full-SiC-IPM等。其SiC功率模块产品线涵盖额定电流15A~1200A及额定电压600V~3300V，目前均可提供样品。
电动汽车用J1系列EV-PM（A封装）
针对全SiC功率芯片短路耐量不足的问题，在SiC功率模块开发时，三菱电机采用两种解决方案：第一种是 IPM，使客户在使用模块不再面临短路保护的烦恼；第二种是在 SiC-MOSFET 芯片上设置电流传感器，供客户在为SiC模块设计驱动时方便地使用RTC(实时控制技术)进行短路保护。
在谈及SiC功率器件应用情况时，宋高升也向芯师爷编辑介绍到：“其实，SiC功率器件已在很多领域成功应用。例如，3300V全SiC功率模块已经在牵引变流器中得到应用，有着显著的节能、减小变流器体积和重量等作用。6500V IGBT模块也已经用于高铁和电力传输系统，这些市场期待6500V SiC功率模块能带来更多好处。为此，三菱电机也开发了业界首款采用HV100封装的新型6500V全SiC MOSFET功率模块。”
下一步推进SiC产品商业化
此外，根据宋高升介绍，基于对应用前景的看好，三菱电机正在不断升级SiC系列产品，并致力于推进Full-SiC MOSFET 模块的商业化。
在 800A/1200V全SiC模块成功的基础上，三菱电机推出了其升级版本。与旧型号相比，其内部采用了相同的低损耗 SiC MOSFET 芯片组，但是封装有所变更，新封装内部电感小于10nH，绝缘电压达到4000V。其SiC MOSFET的P侧和N侧均采用了实时控制电路(RTC)。此电路采用 MOSFET 芯片中集成的电流传感器来检测短路，并通过快速抑制栅极电压来高效地进行短路电流限制。
Full SiC MOSFET模块
2018 年，三菱电机推出全新的 750 A/3300 V 全 SiC 2in1 模块 FMF750DC-66A，其内部包含 SiC MOSFET及反并联 SiC 肖特基二极管(SBD)。为了降低模块封装内部电感(<10 nH)和提高并联芯片之间良好的均流，这款模块采用了一种被称为 LV100 全新的封装。 这款全新的全 SiC 功率模块的开关损耗比传统 Si-IGBT功率模块的降低了大约 80%。与现有采用硅功率模块的机车牵引系统相比，采用 FMF750DC-66A 逆变器的总功耗可降低 30%。
为了满足功率器件市场对噪声低、效率高、尺寸小和重量轻的要求，三菱电机正在加紧研发新一代沟槽栅SiC MOSFET芯片技术，该技术将进一步改善短路耐量和导通电阻的关系，并计划在2020年实现新型SiC MOSFET模块的商业化。
小结：
在“三菱电机半导体技术日”现场，芯师爷编辑也了解到三菱电机在功率半导体方面已经有62年的技术积累。除了在变频家电领域是绝对领导者之外，在其他应用领域都占据着重要的市场地位，特别是在第三代半导体产业方面。
针对后续发展，宋高升表示：“在变频家电方面，三菱电机将加快研发第7代DIPIPM, 提升DIPIPM的温度范围；在工业与新能源方面，加快研发第8代IGBT模块；在轨道牵引方面，完善X系列HVIGBT的产品线，逐步推动Full-SiC MOSFET模块的商业化。另外，在电动汽车方面，则是开发适合中国市场的汽车级功率模块解决方案，并逐步提高产能。”
閱讀更多 維數網訊 的文章
