碳化硅之演进！

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在新能源和电气化蓬勃发展的趋势下，功率半导体显现出越来越重要的地位，如今IGBT、MOSFET等功率器件已被广泛应用于工业变频、光伏逆变、风电变流、轨道牵引、变频家电等领域，伴随着电动汽车、节能家电等产业的兴旺，功率半导体行业将迎来一个更繁荣的时代！

11月16-18日，上海国际电力元件、可再生能源管理展览会（PCIM Asia2020）在上海世博展览馆举办。作为电力电子领域的专业性展会，本次展会汇聚了全球顶尖的功率半导体厂商，其中三菱电机以“创新功率器件构建可持续未来”为主题，重点展示了其第7代超小型DIPIPMTM、第2代工业用全SiC MOSFET模块、X系列HVIGBT（标准封装）、混合SiC HVIGBT和全SiC高压MOSFET五大新品。   

作为功率半导体行业的头部厂商之一，三菱电机此次展示围绕着工业新能源、变频家电、电动汽车和轨道交通四大应用场景。在工业新能源展台上，可以看到三菱电机第2代全SiC MOSFET模块、第7代IGBT模块（NX封装）和基于NX7 CIB的通用变频器解决方案，其中2代全SiC MOSFET模块基于6英寸晶圆技术开发，相比第1代产品降低了导通饱和压降，同时提升了开通阈值电压和短路能力。

在变频家电展台上，三菱电机展示了超小型DIPIPMTM、小型&大型DIPIPMTM等压注模智能功率模块产品。作为家电功率器件领域技术和市场的创新者，三菱电机在第7代超小型DIPIPMTM产品上做了技术提升，最大结温由之前的150℃提升至175℃，最大额定电流由35A扩展至40A。DIPIPMTM产品在家电行业已经取得了圆满的成功，自1996年以来累积出货量已经超过8亿颗，目前三菱电机正尝试扩展到工业领域，例如变频器、伺服驱动器产品等。

超小型DIPIPMTM

除了家电领域之外，轨道牵引是三菱电机功率模块应用的另一个优势领域，三菱电机逐步完善了基于Si材料的X系列HVIGBT，该产品已经广泛应用于轨道牵引领域。还有，此次展出的混合SiC HVIGBT和全SiC高压MOSFET产品，采用LV100和HV100全新设计的双管HVIGBT封装，把高压功率模块的电流密度提升到了新的高度。

疫情下的2020年，研发不停步

2020年在疫情的影响下，人与人之间面对面的交流机会减少，而三菱电机功率半导体产品的研发恰恰需要与客户更多的联系和接触，尤其是一些定制化的产品。据三菱电机半导体大中国区技术总监宋高升透露，三菱电机在疫情期间主要通过网络视频的方式与客户进行沟通，以保持新产品研发不中断，今年新产品相对往年还是少了一些。

即便如此，三菱电机依然是功率半导体技术领先企业。其第7代IGBT芯片已经十分成熟，并在此基础上推出了一体化封装的第7代IGBT模块，具有更低损耗和更长寿命，性价比大幅提升，目前在SVG无功补偿装置、变频器等领域有着较好的应用。

第7代IGBT模块

此外，在碳化硅方面三菱电机已经推出了一系列的产品，包括全碳化硅和混合碳化硅模块。碳化硅作为第三代半导体材料，具有高频、高效、高功率、耐高温等优点，是下一代功率半导体发力的主要方向。宋高升认为，未来硅基和碳化硅基功率模块两者会并存多年，目前碳化硅功率模块在小功率领域得到相对多的应用,而在大功率领域由于成本较高，其成熟应用仍然需要时间。

目前，碳化硅功率模块的主要卖点之一是提升变流器的功率密度。例如在电动汽车领域，借助碳化硅功率模块可以使其轻量化；在轨道牵引领域，借助碳化硅功率模块可以使牵引变流器和辅助变流器变得更小更轻。此外，碳化硅功率模块还可以在多个正在试点的在建微电网的固态变压器中发挥所长，这些市场一旦试验成熟，将会产生大量需求。

攻占下一座城，将碳化硅产品系列化

作为新一代宽禁带功率器件，碳化硅无疑是新的风口。宋高升表示，三菱电机计划将碳化硅产品更好的系列化，并针对中国市场开发出更适用于本土化应用的产品。

在变频家电和轨道牵引领域，三菱电机功率器件拥有很高的市场占有率。今后，三菱电机也期望通过第7代DIPIPMTM和SLIMDIPTM继续保持在家电行业中的市场领先，然后在轨道牵引以及工业应用领域，利用自身的碳化硅技术优势，将市场份额做大。

在牵引变流器方面，三菱电机提供的模块主要有190mm*140mm和130mm*140mm两种规格，大功率模块有一个棘手的问题是发热量大，而三菱电机推出了新一代X系列HVIGBT器件，在电流方面比同类封装器件提升了50%，因此在3300V、4500V、6500V电压级别中，三菱电机的器件有较大优势。

在工业方面，考虑到成本的因素，通用变频器可能暂时不会使用昂贵的碳化硅器件。不过，对功率密度要求高或安装空间受限的场合会率先使用碳化硅器件，例如机器人，其内部的驱动系统等对功率密度要求比较高，因此伺服驱动器将是未来碳化硅器件的一个重要目标市场。

新能源发电和新能源汽车是未来增长点

近年来，新能源的使用率不断上升，风电和光伏装机的数量大幅增长。由于传统能源对气候与环境的破坏可能会带来不可预计的后果，如海平面上升，可能引发海啸、地震等灾难，所以将来还会大量建设新能源发电站。由此可见，功率器件在新能源领域具有很大的市场潜力。

在宋高升看来，光伏发电、风力发电和新能源汽车将是未来功率器件市场的重要增长点，目前三菱电机开发了新能源发电专用的第七第7代IGBT模块，以及电动汽车专用IGBT模块，期待得到中国市场的广泛应用。

在电动汽车、充电桩、车载充电等领域，功率器件将可能碰撞出更多的机遇，目前全球各国正在努力推动新能源汽车的落地，电动汽车会逐步发展成熟。可以预见，在电气化的大趋势下，电动汽车、电动卡车、地铁、城轨、高铁等交通模式将全面发展，而功率器件的应用场景也将会越来越广泛。

三菱电机不只有半导体，多部门协同开发

近年来，中国大力推动本土半导体产业的发展，国产厂商的崛起必将形成新的市场竞争格局。从未来产品市场来看，同类产品可能存在十几家甚至几十家竞争厂商。

虽然功率器件的参与者在增加，但整体市场巨大。据宋高升描述，三菱电机的DIPIPMTM产品在变频家电行业的鼎盛时期曾占据90%以上的市场份额，而现在也在50%以上，虽然市场份额比以前下降了，但由于整体市场的需求量变大，所以三菱电机DIPIPMTM的销量仍在上升。

实际上，三菱电机不仅是一个半导体厂商，还是一家综合性的电气电子制造企业，其产品布局从微电子芯片到电力电子系统，包括有半导体、家电、工业自动化、通信设备和电力设备等。

对于三菱电机来说，功率半导体可率先在社内的产品线上进行考核，例如变频器、机器人、电梯等领域都可以使用功率半导体，经过自身产品应用的考验后再大幅推广，对市场将更有把握。此外，三菱电机的功率半导体在内部形成了协同开发的机制，例如半导体、空调、自动化和电梯等各个事业部之间进行资源互补。

所以三菱电机拥有完整的产品生态，可以通过资源整合，发挥出更大的市场价值。

未来布局：依托芯片，打造高性能模块

早在二十多年前，三菱电机就开始从事SiC功率器件的研发工作，目前在碳化硅晶圆生产方面已经从4英寸过渡到6英寸，并完成了第二代生产线部署，产能的提升保障了市场供货。

对于三菱电机来说，芯片是功率模块的核心部分，因此在产品布局方面芯片是重点。而考虑到硅和碳化硅将会共存多年，所以在下一代IGBT芯片的开发上，三菱电机更偏向于将在电流密度和耐高温方面做提升。至于碳化硅芯片，三菱电机1700V以下的芯片已发展到第二代，即采用沟槽栅结构方式，而3300V以上的芯片是采用平面式碳化硅。此外，三菱电机正在将碳化硅二极管（SiC SBD）集成到SiC MOSFET里，省掉了续流二极管，从而让器件获得更小的体积和更低损耗。

在封装技术方面，三菱电机一直是行业的风向标，例如压注模封装技术，此种技术主要应用在家电领域，而现在正在向工业场景扩展，目前三菱的第七代IGBT模块已经开始使用类似压注模封装的SLC封装技术，以进一步降低成本和提升产品的寿命，未来有可能有更多功率器件采用这种封装。

如今，中国已经成为全球最大的功率半导体市场，国际功率器件大厂都在加大对中国市场的投资布局。据宋高升透露，三菱电机建于日本广岛的功率半导体晶圆厂将于2021年正式启用；位于合肥的功率模块制作工厂目前主要生产家电领域的DIPIPMTM产品，未来考虑将更多的生产环节、质量保证和失效分析环节转移到合肥。

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