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[导读]随着功率半导体的不断发展和技术进步,功率器件下游产业的稳步扩张,未来在政策资金支持以及国内新能源汽车的蓬勃发展下,国内功率半导体产业将迎来黄金发展期。6月26日,PCIM亚洲2018展会在上海世博展览馆隆重举行。

随着功率半导体的不断发展和技术进步,功率器件下游产业的稳步扩张,未来在政策资金支持以及国内新能源汽车的蓬勃发展下,国内功率半导体产业将迎来黄金发展期。

6月26日,PCIM亚洲2018展会在上海世博展览馆隆重举行。作为全球500强企业,同时也是现代功率半导体器件的开拓者,大中国区三菱电机半导体携多款功率器件产品及相关解决方案亮相,同时发布了更高集成度、更小体积、更能降低生产成本,并拥有全面保护功能的表面贴装型IPM,以及助力新能源发电应用新封装大功率IGBT模块两款最新产品。

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(图一:2018三菱电机半导体媒体发布会现场)

三菱电机半导体首席技术官Dr.Gourab Majumdar、大中国区三菱电机半导体总经理楠真一、三菱电机捷敏功率半导体(合肥)有限公司技术服务中心总监商明、大中国区三菱电机半导体技术总监宋高升、大中国区三菱电机半导体市场总监钱宇峰、大中国区三菱电机半导体公关宣传主管闵丽豪悉数出席此次新品发布会。

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(图二(从右到左):大中国区三菱电机半导体总经理楠真一、三菱电机半导体首席技术官Dr.Gourab Majumdar、大中国区三菱电机半导体市场总监钱宇峰参加发布会媒体问答环节)

为了进一步巩固三菱电机功率半导体在变频家电市场的领先地位,三菱电机将依托位于合肥的功率半导体工厂和联合实验室,为中国客户提供更好、更快的支持;而在铁道牵引、电动汽车和工业新能源应用领域,三菱电机将持续性地联合国内知名大学和专业设计公司,开发本地化的基于新型功率半导体的整体解决方案。

五大领域齐发力

在三菱电机以“创新功率器件构建可持续未来”为主题的展馆,三菱电机功率器件在变频家电、工业、新能源、轨道牵引、电动汽车五大应用领域不断创新,新品迭出。

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(图三:三菱电机赴PCIM亚洲2018展会参展展台)

在变频家电领域,面向变频冰箱和风机驱动的SLIMDIP-S以及面向变频空调和洗衣机的SLIMDIP-L智能功率模块、表面贴装型IPM有助于推动变频家电实现小型化。

在工业应用方面,三菱电机第七代IGBT和第七代IPM模块,首次采用SLC封装技术,使得模块的应用寿命大幅延长。在新能源发电特别是风力发电领域,今年推出基于LV100封装的新型IGBT模块,有利于提升风电变流器的功率密度和性能价格比。

在轨道牵引应用领域,X系列HVIGBT安全工作区域度大、电流密度增加、抗湿度鲁棒性增强,有助于进一步提高牵引变流器现场运行的可靠性。而在电动汽车领域,J1系列Pin-fin模块具有封装小、内部杂散电感低的特性。

2018年,三菱电机将在以上五大领域,强化新产品的推广和应用力度。在变频家电领域,三菱电机将在分体式变频空调和变频洗衣机中扩大和强化SLIMDIP-L的应用,在空调风扇和变频冰箱中逐步扩大SLIMDIP-S的应用,在更小功率的变频家电应用中逐步推广使用表面封装型IPM。在中低压变频器、光伏逆变器、电动大巴、储能逆变器、SVG、风力发电等应用中,三菱电机将强化第7代IGBT模块的市场拓展;而在电动乘用轿车领域,三菱电机将为客户提供电动汽车专用模块和整体解决方案;在轨道牵引领域,将最新的X系列HVIGBT的推广到高铁、动车、地铁等应用领域。

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(图四:大中国区三菱电机半导体技术总监宋高升为PCIM展会专业观众讲解三菱电机最新技术)

创新技术引领行业发展

六十年以来,三菱电机之所以能够一直保持行业领先地位在于持续性和创新性的研究与开发。

作为功率元器件的核心,IGBT芯片的重要性不言而喻。在功率半导体最新技术发展方面,三菱电机IGBT芯片技术一直在进步,第三代IGBT是平板型的构造,第四代IGBT是沟槽性的构造,第五代成为CSTBTTM,第六代是超薄化CSTBTTM,第七代IGBT构造更加微细化和超薄化的CSTBTTM。

从IGBT芯片的性能指数(FOM)上来看,第六代已比第一代提高了16倍,第七代比第一代提高了26倍。从封装技术来看,在小容量消费类DIPIPMTM产品中,三菱电机采用了压注模的封装方法。在中容量工业产品、电动汽车专用产品中,采用了盒式封装。而在大容量、特别是用在高铁上的产品中,采用了高性能的碳化硅铝底板,然后再用盒式封装完成。

在量产供应的同时,三菱电机也在为下一个需求爆发点蓄势发力,大概在2022年左右,三菱电机将会考虑12英寸功率元器件产线的投资。在Dr.Gourab Majumdar看来,2020-2022年,IGBT芯片市场将会有大幅的增长。

SiC作为下一代功率半导体的核心技术方向,与传统Si-IGBT模块相比,SiC功率模块最主要优势是开关损耗大幅减小。对于特定逆变器应用,这种优势可以减小逆变器尺寸,提高逆变器效率及增加开关频率。目前,基于SiC功率器件逆变设备的应用领域正在不断扩大。但受制于成本因素,目前SiC功率器件市场渗透率很低,随着技术进步,碳化硅成本将快速下降,未来将是功率半导体市场主流产品。

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(图五:三菱电机半导体首席技术官Dr.Gourab Majumdar)

“碳化硅功率模块由于有耐高温、低功耗和高可靠性的特点,可以拓展更多应用领域。对于以后开拓新市场来说,碳化硅是最好的选择。”Dr.Gourab Majumdar说。

三菱电机从2013年开始推出第一代碳化硅功率模块,事实上,早在1994年,三菱电机就开始了针对SiC技术的开发;2015年开始,SiC功率器件开始进入众多全新应用领域,同年,三菱电机开发了第一款全SiC功率模块,配备在机车牵引系统在日本新干线安装使用。三菱电机SiC功率模块产品线已涵盖额定电流15A~1200A及额定电压600V~3300V,目前均可提供样品。

由于碳化硅需求量急速增长,2017年,三菱电机投资建造6英寸晶圆生产线,配合新技术来缩少芯片尺寸,目前该产线正按计划推进中,预计2019年将实现量产。

电力电子行业对功率器件的要求更多地体现在提升效率与减小尺寸功率密度方面,因此新型SiC MOSFET功率模块将获得越来越多的应用。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,三菱电机一直致力于研究和开发高技术产品。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。

表面贴装型IPM和第7代IGBT模块(LV100封装)

继去年展出了用于变频家电的小封装的SLIMDIP-S/SLIMDIP-L后,三菱电机今年展出了更小封装的表面贴装型IPM。值得一提的是,IPM绝对不是简单的把驱动和IGBT放到一个盒子里这么简单,怎么能让它发挥里面内置的功率元器件最好的性能,让用户体验更好,才是关键。

据悉,该新品适用于家用变频空调风扇、变频冰箱、变频洗碗机等电机驱动系统。并计划于9月1日开始发售。这款产品将构成三相逆变桥的RC-IGBT(反向导通IGBT)、高电压控制用IC、低电压控制用IC,以及自举二极管和自举电阻等器件集成在一个封装中。该产品采用外型尺寸为15.2mm×27.4mm×3.3mm的表面封装型,可以通过回流焊接装置安装到印刷电路板上去。

表面贴装型IPM具有三大特性:一、通过表面贴装,使系统安装变得更容易;二、该产品通过内置控制IC以及最佳的引脚布局,在实现系统的小型化并使基板布线简化方面具有积极意义;三、而通过内置保护功能,可以帮助提高系统的设计自由度。

在第7代IGBT模块后,三菱电机今年推出了适用于工业及新能源应用的通用大功率模块——第7代IGBT模块(LV100封装)。

该产品在通用变频器,高压变频器,风力发电等领域的应用市场广阔,低杂散电感符合未来大功率变流器的封装设计;采用第7代功率芯片组和SLC技术,提高性价比;此外,该产品降低开关损耗,有利于提高开关频率;并且去除底板焊接层,提高热循环寿命。

助力社会未来发展

除了精雕细琢产品之外,三菱电机更是视助力社会未来发展为己任,关注下一代成长教育和节能减排。

目前,三菱电机已在清华大学、浙江大学、华中科技大学、合肥工业大学四所高校设立了三菱电机电力电子奖学金,并设立了功率器件应用联合实验室。

到2021年,正好是三菱电机成立100周年,为了庆祝100周年,从前几年开始,三菱电机内部就制定了对应节能环保社会要求的规划,争取在100周年的时候实现这一目标。

事实上,功率半导体生产产生的有害物质是很少的,基于性能优异的第7代IGBT芯片,通过改进材料和封装技术,三菱电机正不断提高功率半导体器件的节能效果。

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