發(fā)力功率半導(dǎo)體，東芝解鎖“雙碳”密碼

2022年11月15日 18:16來源：智能制造網(wǎng)人氣：900

　　日本在氫能領(lǐng)域是相對領(lǐng)先的，就汽車領(lǐng)域而言，之前豐田就推出過氫能源汽車。雖然受全球新能源戰(zhàn)略的影響，氫能源汽車未能實現(xiàn)真正意義上的普及，但我們要知道氫能的目標(biāo)市場可不止汽車這個單一賽道。

　　在2022年的進博會上，東芝就展出其純氨燃料電池系統(tǒng)H2RexTM。據(jù)東芝(中國)有限公司副總裁仲秋介紹：“東芝自上世紀60年代初，就已開始著手氫能產(chǎn)品的研究開發(fā)。東芝純氨燃料電池系統(tǒng)H2RexTM，能夠?qū)涓咝мD(zhuǎn)變?yōu)殡娔芗盁崮?，不僅綜合能源效率達到95%，設(shè)計壽命也達到了8萬小時標(biāo)準”。

　　圖 | 東芝(中國)有限公司副總裁仲秋

　　此外，東芝還在和中國的合作伙伴一起，推一款功率為5kW的基于甲醇重整的小型氫能電池，用于給一些國家電網(wǎng)的電力輸送不到的邊遠地區(qū)或5G的基站供電，從而實現(xiàn)小成本維護基站的目標(biāo)。

　　功率器件與“雙碳”計劃雙向捆綁，市場前景看好

　　事實上，不管是改換清潔能源，還是通過方案優(yōu)化實現(xiàn)節(jié)能減排，從底層硬件的角度來看，都離不開功率器件的加持，包括功率IC 和功率分立器件，其中功率分立器件又可分為功率MOSFET、功率BJT、功率Diode、IGBT和以SiC、GaN為主要代表的第三代半導(dǎo)體功率器件等。

　　根據(jù)Omdia 最新發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2021年全球功率半導(dǎo)體市場規(guī)模為441億美元，預(yù)計到2024 年將突破500億美元；2021年國內(nèi)功率半導(dǎo)體市場規(guī)模為159億美元，到2024年有望達到190億美元。

　　即使是在消費電子下行周期的今天，功率半導(dǎo)體依然漲勢喜人，因為從長遠來看，“雙碳”計劃和功率半導(dǎo)體是雙向捆綁的關(guān)系。

　　東芝電子元件(上海)有限公司分立器件戰(zhàn)略業(yè)務(wù)企劃統(tǒng)括部經(jīng)理苗漢潔告訴與非網(wǎng)：“東芝看好功率半導(dǎo)體市場，而工業(yè)和汽車領(lǐng)域是東芝半導(dǎo)體現(xiàn)在對功率器件推廣和側(cè)重的兩大方向。”那么東芝到底有哪些過硬的功率器件產(chǎn)品，各自匹配哪些細分市場呢？筆者帶著這些問題，在進博會期間，跟東芝進行了一場深度對話。

　　圖 | 東芝電子元件(上海)有限公司分立器件戰(zhàn)略業(yè)務(wù)企劃統(tǒng)括部經(jīng)理苗漢潔

　　東芝的功率分立器件是根據(jù)電壓等級來分類的，600V~1700V之間的歸為IGBT，3300V以上的歸為IEGT，對于市場上出現(xiàn)的對效率和體積要求更高的場景，如光伏發(fā)電和新能源汽車，則考慮導(dǎo)入SiC器件。而根據(jù)常規(guī)的認知，大家一般只知道IGBT和SiC器件，卻不知IEGT。

　　什么是IEGT？

　　IEGT是英文Injection Enhanced Gate Transistor的簡稱，中文釋義為門極注入增強三極管。要真正了解IEGT，還得從東芝的IGBT歷史說起。

　　圖 | IEGT壓接裝置(半橋拓撲)示例，4500V/2000A/PPI

　　我們知道，IGBT起源于1980年代，最開始由美國公司實現(xiàn)了產(chǎn)品的設(shè)計，東芝解決了產(chǎn)品生產(chǎn)良率的問題，從而實現(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)化推廣。

　　在將IGBT器件從低電壓往高電壓進行生產(chǎn)設(shè)計的過程中，東芝發(fā)現(xiàn)做高電壓的IGBT器件芯片越來越厚，伴隨而來的是導(dǎo)通損耗越來越大，整機效率不斷降低。因此為了解決高電壓IGBT器件的效率問題，東芝引入了一種叫門極注入增強的技術(shù)，并以該技術(shù)的首字母IEGT注冊了商標(biāo)。如前所述，當(dāng)前東芝把3300V以上規(guī)格的IGBT器件統(tǒng)稱為IEGT。

　　此外，從電流的市場需求來看，大功率應(yīng)用的場景越來越多，而現(xiàn)在市面上比較主流的IGBT都采用的是塑料封裝的模塊，這種封裝方式會導(dǎo)致模塊里面的雜散電感較大。為了匹配大電流的市場需求，東芝引入了陶瓷金屬管殼的封裝形式。

　　苗漢潔舉例道：“現(xiàn)在普通的標(biāo)稱4500V耐壓的塑料封裝的模塊，通常耐流為1200A，而東芝量產(chǎn)的陶瓷金屬管殼封裝的模塊，可以達到4500V耐壓下3000A的電流等級(5000A的器件已有早期樣品)，同時提升了產(chǎn)品的可靠性，這也是IEGT最大的核心競爭力所在。而實現(xiàn)陶瓷金屬管殼IGBT技術(shù)是有門檻的，目前有很長時間大規(guī)模使用經(jīng)驗的廠商，全球可能只有兩家。”

　　IEGT主要面向哪些市場？具有怎樣的競爭優(yōu)勢？

　　東芝的IEGT器件從誕生到現(xiàn)在已經(jīng)擁有超過20年的歷史，根據(jù)市場的驗證和反饋可知，IEGT非常適合用于高可靠性、高電壓、大電流要求的應(yīng)用場景中，如國內(nèi)的柔性直流輸電工程這種需要達到±800kV/8GW的超級工程。

　　圖 | 柔性直流輸電工程示意

　　仲秋表示：“隨著光伏、風(fēng)力、水力發(fā)電站的逐漸增多，以及新能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的直流輸配電出現(xiàn)了一些技術(shù)挑戰(zhàn)，東芝的IEGT產(chǎn)品利用*的制造工藝和高可靠性，能夠解決這方面的問題，現(xiàn)在正成為柔性直流輸配電家族的重要成員之一。”

　　“能源鏈的定義是發(fā)電、輸配電和用電，IEGT其實可以用在整個能源鏈上，比如海上風(fēng)力發(fā)電機屬于發(fā)電，柔性直流輸電屬于輸電，直流配電網(wǎng)屬于配電，電力機車、大功率的電機驅(qū)動等就屬于用電。” 苗漢潔補充道。

　　寫在最后

　　當(dāng)前，東芝的功率MOS器件出貨量靠前的位置，并且用12英寸晶圓生產(chǎn)功率器件的日系廠家。東芝方面表示，由于其客戶的需求量比較大，所以現(xiàn)處于12英寸晶圓產(chǎn)能擴充的階段，主要面向汽車和工業(yè)應(yīng)用。其中，第一條產(chǎn)線是在已有的廠房里面新建，這條產(chǎn)線會在2022財年投入生產(chǎn)；第二條產(chǎn)線是新建一個廠房，新建廠房的投產(chǎn)會在2024財年。據(jù)悉，在新建廠房的第一期工程滿產(chǎn)之后，產(chǎn)能會達到現(xiàn)有總產(chǎn)能的2.5倍，在新廠房的二期工程，也就是第二條線的二期工程滿產(chǎn)之后，會達到現(xiàn)有產(chǎn)能的3.5倍。

(來源：智能制造網(wǎng))

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