刘洪PSD功率系统设计

东芝日前参加上海国际电力元件、变术可再生能源管理展览会（PCIMAsia2023），访谈重点展出了面向电力能源方面的东芝先进技术和产品，其中包括：双栅极RC-IEGT、功率大功率器件IEGT、半导IEGTPPIStack、变术全碳化硅模块、访谈单管碳化硅、东芝智能功率器件、功率车载分立器件和分立器件封装产品线。半导这些产品和解决方案广泛应用于风力发电、变术牵引、访谈电力输配电和工业变频器等领域。东芝

展会期间，功率记者采访了东芝电子元件（上海）有限公司分立器件技术部1副总监屈兴国。半导他介绍了东芝此次参展的产品和技术亮点，特别谈到了目前的碳化硅市场和应用，以及东芝的功率半导体市场策略。

东芝电子元件（上海）有限公司分立器件技术部1副总监屈兴国

▋因势而变，谋求创新

从表面上看，在功率产品方面，东芝此次展示的还是一些大功率的模块，但屈兴国告诉记者，东芝在传统硅基IGBT方面推出了6500V产品线，这些产品具有功能强大、可靠性高、EMC特性良好等优点，可满足智能电网、工业传动及轨道交通等各个领域的应用需求。

当然，访谈的热点还是碳化硅。现在，产品的同质化是市场竞争中遇到的最大问题。东芝此前一直制造和销售碳化硅模块，从今年6月开始已量产碳化硅单管。为了迎合中国市场需求，做出差异化的产品，东芝在单管芯片上集成了碳化硅MOSFET和肖特基二极管（SBD），提升了碳化硅MOSFET的体二级管性能，以有效避免碳化硅的双极退化。这样的产品更适用于有反向恢复电流的逆变器，因为常规体二级管在大电流条件下温升损耗比较大，采用SBD后，更适合逆变器电路应用。

东芝6英寸碳化硅晶圆

屈兴国解释说：“如果体二级管中有电流流过，会缩小整个芯片的有效面积，使MOSFET的导通电阻值变大，导致原来标称的导通电阻漂移，但漂一定程度后也会趋于稳定。”这是目前所有碳化硅厂商都会遇到的一个困惑，东芝通过内置SBD把这个弊病绕过去了。

碳化硅驱动也一直是行业的一个挑战，目前东芝碳化硅模块的驱动是和其他厂商合作实现的，首先提供样品给合作伙伴，由他们调整适配，然后提供给客户。东芝的单管驱动则是自己做，且一直推崇光隔技术，采用光耦方案。

屈兴国说，目前市场上有三种驱动方案，一是光隔，二是容隔，还有一种是磁隔，后两种称为数字隔离。隔离技术有两大阵营，一个是磁隔，代表是英飞凌，另一个是容隔，以TI（德州仪器）为首，现在国内很多厂商都和TI的芯片pin2pin兼容。

容隔的最大优势是成本低，还可以做成多路，技术门槛相对较低，但其最大的弱点是无法确保隔离，毕竟它是一个半导体器件，损坏后还是有可能前后端击穿。而光隔是物理上分开的两个东西，器件坏了也不会通。因此，光隔在物理上还是有优势。

至于光耦的寿命，他解释说：“东芝用的是高效LED，接收端是普通的MOSFET。在正常使用条件下，东芝承诺其发光管在10万个小时（大约11年）的发光效率光衰小于10%，而常规竞品大多在30%-50%。”所以，用户基本上不用担心东芝光耦的寿命问题。一般的产品，如光伏、储能，包括出口产品承诺客户的也就是10到15年的寿命，东芝的光耦完全能够满足市场要求。

东芝光隔的技术优势

屈兴国也坦承，容隔的最大好处是传输速率快、共模抑制比比较好，而且成本很低。所以现在对可靠性要求不那么高的应用可以选择容隔，但是对一些可靠性、安全性要求特别高的应用还是要使用光隔，因为万一光耦损坏也不会出人身事故。

所以，东芝单管碳化硅驱动采用光耦方案是因为东芝自研的工艺技术；同时在IGBT和碳化硅MOSFET电路中采用钳位电路，以尽量减少开关误动作，使驱动更加稳定可靠。

▋栅极工艺，以稳为主

据屈兴国介绍，目前东芝的碳化硅采用的是平面工艺，因为其技术上更加稳定。当然，也有一些竞品的沟槽工艺做的比较好，但从具体测试参数来看，还是平面工艺更有优势。不过，东芝也在开发沟槽工艺，目前来看东芝的第三代产品、第四代产品仍定位于平面工艺，第四代以后的产品考虑沟槽工艺。“事实上，现在碳化硅出货量最大的公司也是采用平面工艺，还没有看到其下一步做沟槽的打算。”他说。

他指出，沟槽的主要问题在于量产的管控，现在碳化硅遇到最大问题还是良率，碳化硅这种新材料的物理性能和电气性能都比较难以驾驭，其沟槽结构和以前传统的硅沟槽完全是两个概念，还需要时间进行探索。

▋改变策略，赢得市场

他认为，新能源车如果真的起来之后，对碳化硅的需求量将非常大，因为主驱上用的芯片比较大，消耗的碳化硅量最大，而新能源的光储充行业消耗的晶圆比较少。所以，未来碳化硅的市场重点还是在新能源车，其次是新能源的光储充，当然也有一些其他特殊应用，比如高效电源和电机驱动等。

东芝车载分立器件

他表示，在现在这个时间点，面对一些大厂的竞争，东芝的策略是Designin，把器件交给终端客户，让他们尽快进行测试，真正体会到其产品的优势，然后说服客户，赢得市场。

产品方面也是随需应变，上面提到，东芝起初做的是碳化硅模块，现在新能源行业主要用的是单管，所以东芝改变策略开始做单管，现在4pin产品已开始正式出货。

另外，东芝最近还发布了业界首款2200V双碳化硅MOSFET模块，主要是满足光伏行业1500V母线电压的要求。屈兴国解释道，就像400V平台，器件选择650V以上的，800V平台会选择1200V器件，1500V平台用1700V的器件耐压不够，3300V的器件成本又太浪费，所以2200V器件最合适。他透露，这款新模块的样品预计今年年底可提供，量产应该在明年。

▋拓宽思路，求变发展

谈到未来的碳化硅技术和产品开发，屈兴国表示，东芝目前做的是第三代产品，第四代产品也在规划当中。第四代产品的主要方向是进一步提高电流密度，同时保证产品良率；另一个方向是开发车载碳化硅产品，将在2025年推出。

东芝碳化硅单管

他最后强调，现在国内半导体正处在一个风口，动因有二，一是中美贸易战使国内半导体得到了国家的重视和支持；二是经过前几年的芯片大缺货，国产化开始兴起。但是，现在整个行业卷得厉害，一些国内品牌的报价可能会低于成本价。

上述情况导致海外品牌很难做，所以东芝正在考虑往两个方向走，一是和国内厂商进行更多合作，包括建立合资公司或自己设立国内公司，二是开展硅IGBT晶圆业务，不卖成品，只卖芯片，以满足一些国内厂商外购芯片自己封装成产品的需求。特别是，东芝将于2024年量产12英寸硅基晶圆，将有助于在提升良率的同时降低芯片成本。

作为海外品牌，先走好这段路，后面还是有一段时间可以开发其他新产品，毕竟在技术上要稍微领先一点。他希望这两种方法能够应对现在比较卷的国内半导体市场。