碳化硅價格（9月即將量產）

在近日的PCIMAisa2021展上，《國際電子商情》記者專訪了東芝電子元件（上海）有限公司分立器件應用技術部門高級經理屈興國，一起交流了東芝的IEGT大功率器件、IEGT壓接模組子單元、碳化硅混合模塊、碳化硅MOS模塊、智能功率器件以及其

在近日的PCIM Aisa 2021展上，《國際電子商情》記者專訪了東芝電子元件（上海）有限公司分立器件應用技術部門高級經理屈興國，一起交流了東芝的IEGT大功率器件、IEGT壓接模組子單元、碳化硅混合模塊、碳化硅MOS模塊、智能功率器件以及其它分立器件產品，此外還討論了東芝純碳化硅的開發路線，據了解，東芝最快將于今年9月量產純碳化硅產品。

2021年9月9日-11日，PCIM Asia 2021在深圳國際會展中心舉辦。作為德國頂尖專業電力電子展會PCIM Europe的姐妹展，自2002年在中國首辦以來，PCIM Asia一直受到亞洲電力電子及相關應用從業者的關注。

圖1 主推壓接式封裝IEGT器件

20世紀90年代末，東芝基于注入增強的技術注冊了專用名稱IEGT（柵極注入增強型晶體管），可以把它理解為東芝特制的IGBT。東芝的IEGT有兩種的封裝方式，一種是PPI壓接式封裝，另一種是PMI模塊封裝。

其中，PPI壓接式通過上下銅板和鉬片，直接把芯片壓接在內部，芯片內部無引線鍵合。這種方式可做到雙面散熱，比單面散熱的傳統封裝方式可靠性更高。以采用壓接式封裝的東芝3300V和4500V電壓的IEGT為例，目前已經有多代量產產品，如：產品型號后綴為24、24A、28的是老一代產品，Tj（結溫）為125℃；產品型號后綴為31A、32的是新一代產品，Tj為150℃。

圖2 東芝85mm、125mm臺面直徑的PPI壓接式封裝IEGT模塊（紅圈里的金色圓柱體是彈簧，它是連接IGBT芯片的門極，匯總后引至側面端口。該器件里面有多顆小晶圓，所有的門極通過該彈簧連接到PCB板上，匯總后通過旁邊的端口引出，用于整個器件的門極控制。在外部來看，該器件就是一個門極控制，但實際上它的內部有42顆IGBT芯片。）

PPI壓接式封裝的IEGT可以說是東芝首創，第一代壓接式產品內部采用晶閘管晶圓。在2000年以后，東芝停止了晶閘管的產品，改用IEGT芯片來生產PPI壓接式IEGT，目前東芝主要有臺面直徑為85mm和125mm的壓接式IEGT產品。

大功率IEGT器件的最終應用，是需要將器件壓接組裝成模組，才能被客戶使用。為了能讓客戶更便捷地了解和使用器件，東芝和第三方公司合作。這次展出的IEGT壓接模組子單元，是東芝與雅創、青銅劍三方合作的產品。

圖3 東芝、雅創、青銅劍三方合作開發的IEGT壓接模組子單元（該方案是兩電平半橋拓撲、采用4.5kV 3kA壓接式IEGT，可用于海上風電等大功率設備的變流器中。）

圖4 青銅劍1QP0650V45-Q（采用青銅劍ASIC芯片組結合CPLDD芯片設計組成，針對4500V以下壓接封裝IGBT／IEGT定制開發而成，是一款適配單管模塊的驅動方案。）

屈興國強調，與青銅劍的合作能助力新客戶快速測試東芝的IEGT產品。一般情況下，廠家要了解一個器件，會先測試單顆器件的性能，若性能達標則再設計相應的產品。而與青銅劍的合作可為客戶省去測試和組裝的時間。

在他看來，東芝與生態伙伴的合作相當于資源共享。“當客戶需求時，東芝找生態伙伴來做推廣，共同推出符合客戶需求的產品。這類合作是定制化的，因每一家客戶的要求不一樣，相應的產品設計會有差異化，最終出來的裝置也不一樣，不過東芝提供的器件是一樣的。”

實際上，除了雅創和青銅劍之外，東芝近年來一直在嘗試功率器件本土化。屈興國透露，早在2018年，東芝就已經在國內尋找意向客戶，現在正與國內一家大公司在談IEGT產品上的合作。“國產化是大趨勢，前幾年開始，東芝就在推廣芯片的業務，也重視中國國產化的趨勢。”

據悉，目前東芝所有的芯片都在日本國內生產，后道的封裝主要分散在日本、馬來西亞、泰國、中國。

近期馬來西亞疫情反撲，對許多半導體廠商的產能造成了影響，東芝在馬來西亞也有封裝廠，其產能是否也有受到影響？對此問題，屈興國表態稱，其實不止東芝一家，相信其他在馬來西亞設廠的半導體廠商的產能均有受影響。

性價比更高的碳化硅混合模塊

圖5 SiC混合模塊

值得注意的是，東芝也展出了其SiC混合模塊，該混合模塊是介于硅和碳化硅之間的產品，可稱之為混合型的IGBT。該器件采用PMI封裝方式，內部的IGBT（IEGT芯片）采用硅材料，但是二極管部分采用碳化硅材料（SiC-SBD芯片）。

屈興國解釋說，有一些應用場景對二極管要求比較高，由于碳化硅二極管的反向恢復時間比較短，其損耗可減少97%，所以采用碳化硅二極管，會讓器件散熱損耗更低。所以東芝就制作了這種混合型的器件，可幫助機車變流器縮小40%以上的體積。東芝當前SiC SBD混合模塊的產品陣容有1700V／1200A（封裝尺寸130mm140mm）以及3300V／1500A（140mm190mm）兩種。

“SiC混合模塊在日本的機車變流器上應用得比較多，在國內機車變流器上還有較大的成長空間。目前，國內機車變流器主要采用硅IGBT器件，或者預研項目嘗試純碳化硅器件。目前碳化硅良品率還很低，相比之下SiC混合模塊的性價比更高。”

舉一個通俗的例子：如果硅材料IGBT的價格為1，同樣電流、電壓等級的碳化硅器件報價可能是7或8。有很多廠商表態，當碳化硅的價格在3-5時，他們就可以嘗試接受。SiC混合模塊作為中間產品，它現在的價格大約為2-3。相對而言，SiC混合模塊具備一定的性價比優勢。

據屈興國介紹，東芝SiC混合模塊當前面臨的挑戰是——除了成本，國內機車客戶的消費習慣問題，現在大家的目光更聚焦在純碳化硅上。

東芝純碳化硅器件正逐步量產

在新能源汽車上的碳化硅應用，東芝也有自己的觀點。屈興國表示，根據電池電壓的不同，主要可分為300V-400V以及800V這兩大類。其中，普通的乘用車采用300V-400V的電池，主要使用650V或750V的IGBT，這會是硅的主流市場；而大巴車或要求更高的車采用800V的電池，則需要用到1200V的功率器件，這將會是碳化硅的主流市場。

東芝的純碳化硅產品還屬于工控產品，目前暫無車載碳化硅產品，不過已經計劃車規級純碳化硅器件。

圖6 東芝純碳化硅開發路線圖

東芝此次也帶來了純碳化硅MOS管的最新研發消息，據了解碳化硅MOSFET模塊1200V／600A雙管、1700V／400A雙管、3300V／800A雙管產品均在開發中，根據規劃3300V／800A雙管系列產品在今年5月已經有商業樣品，并將于今年9月-10月進入量產階段，首批客戶是日本國內的電力機車客戶；1700V／400A雙管產品將會第二個發布，主要應用于風電、太陽能等新能源領域；另外，1200V／600A雙管產品也大致與1700V／400A雙管同期發布，將主要應用于新能源汽車的充電樁。

其他亮點展品

圖7 東芝車載分立器件（下面金色裸片是750V／400A的IGBT芯片，主要于新能源車，目前東芝正在向國內模塊廠家做推廣）

屈興國還介紹了應用在汽車領域的分立器件，包括光耦、車用IGBT等產品。東芝在光耦市場已經耕耘了多年，是當前為數不多的具有車規光耦的廠家。

此外，東芝還帶來了應用在小電流場景中的IPD產品。這些產品的電流最大為5A，最小為0.7A，主要應用于200W以下直流無刷馬達的家電產品，比如空調的室內風機和室外風機。

圖8 由雅創公司提供的水冷散熱系統（可用于東芝IEGT功率器件應用的散熱）

東芝的合作伙伴雅創制作了一款水冷散熱系統，該系統主要用于新能源充電樁。屈興國解釋說：“現在很多充電樁是快充，當電流大了以后，充電線上會發熱，該散熱系統采用去油或離子水作為介質，可帶走充電線上的發熱。”據了解，雅創水冷散熱系統，可用于東芝IEGT器件應用的散熱。

明年將會有哪些新展品？

大功率半導體器件不是每年都有全新產品推出，就算有新品也只是外封裝一樣、內部性能有一些提升。比如，東芝的一代和二代純碳化硅器件，在外形上看起來一樣，但在芯片上做了升級。屈興國相信，明年東芝將會展出碳化硅量產產品。另外，在750V產品上會有更多的產品（現在是750V／400A）。