新應用帶動(dòng)IGBT革新

　　前些年消費電子和工業(yè)控制是推動(dòng)IGBT市場(chǎng)快速發(fā)展的兩架馬車(chē)，中小功率IGBT大放異彩。如今在新能源汽車(chē)、高鐵、新能源等新興應用的“提攜”下，大功率IGBT迎來(lái)了新的春天，而這些應用帶來(lái)新的課題，與之相應的是革新的永不止步。

　　新興應用帶動(dòng)產(chǎn)品革新

　　“雖然應用不一，但針對家用、工業(yè)、電動(dòng)汽車(chē)、高鐵等應用對IGBT共性指標就是功率損耗盡量降低。”三菱電機功率器件制造所所長(cháng)西村隆司向《中國電子報》記者表示，“同時(shí)不同應用有不同側重，比如電動(dòng)汽車(chē)和高鐵更注重產(chǎn)品的穩定性，而工業(yè)用IGBT是高頻的干擾度要盡量減少，對于家電產(chǎn)品則是在低頻的情況下盡量減少功率損耗。”西村隆司還指出，三菱電機已經(jīng)開(kāi)發(fā)第六代IGBT了，在開(kāi)發(fā)新一代功率器件時(shí)首先注重的是低損耗。比方電動(dòng)汽車(chē)用IGBT采用壓注模的封裝方式，過(guò)去是用盒式的方式，而壓注模的方式比盒式的方式更加先進(jìn)，穩定性更高。

　　另一方面，新的應用領(lǐng)域提出了苛刻的電氣和機械要求。“比如電動(dòng)汽車(chē)功率器件必須承受很高的電應力和沉重的機械負荷(如撞擊或震動(dòng))，以及運行過(guò)程中溫度的頻繁變化。”英飛凌科技(中國)有限公司工業(yè)及多元化電子市場(chǎng)部高級經(jīng)理馬國偉指出，“更長(cháng)使用壽命、更高功率密度，以及允許使用新一代芯片的堅固的模塊封裝，這些正是開(kāi)發(fā)新的功率模塊所面臨的主要挑戰。”

　　而參與廠(chǎng)商都在全力以赴。英飛凌得益于諸如超聲波焊接功率端子、優(yōu)化基板結構或可靠的創(chuàng )新PressFIT壓接式管腳技術(shù)等不計其數的改進(jìn)和創(chuàng )新，其最新的EconoPACK+D家族IGBT實(shí)現了更低導通損耗和優(yōu)化的雜散電感，可滿(mǎn)足新能源、電動(dòng)汽車(chē)、工業(yè)等要求不斷提高的領(lǐng)域。三菱電機最新推出的家用太陽(yáng)能發(fā)電用的PV-IPM，采用新型全柵型CSTBT，功率損耗更小;內部有高速二極管;在IGBT芯片上有溫度傳感器可以防止溫度過(guò)高;體積要比過(guò)去縮小30%，產(chǎn)品可靠性和壽命比過(guò)去都有提高，同時(shí)它還具有短路保護、控制電壓欠電壓保護和過(guò)溫保護，并有相應保護信號輸出。

　　西村隆司還表示，三菱電機還將在未來(lái)推出第七代IGBT，其在結構和制造工藝上有所改進(jìn)，功率損耗比第六代還要減少30%。

　　SiC應用有望提速

　　雖然目前硅是IGBT的主流，但SiC(碳化硅)及GaN(氮化鎵)“取而代之”的跡象已開(kāi)始顯現。西村隆司在解釋其中原因時(shí)表示，應用SiC及GaN的IGBT有一些好處，比如高鐵冷卻器就可以做得非常小，混合動(dòng)力汽車(chē)或許就不需要有冷卻系統了，三菱電機也在這方面加快布局。“三菱電機在2010年就研發(fā)成功了裝有SiC二極管的DIPIPM，而且已應用在三菱電機部分空調上，但還沒(méi)有實(shí)現大規模商用。GaN雖還沒(méi)有用在功率半導體內，但已應用在通信高頻器件中。”西村隆司指出。

　　英飛凌科技奧地利有限公司副總裁兼電源管理和分立器件業(yè)務(wù)部總經(jīng)理AndreasUrschitz也表示，在二極管領(lǐng)域，英飛凌早在10年前已量產(chǎn)SiC二極管，對此技術(shù)有高度的把握，但是仍然有一些重大的挑戰，比如采用SiC的MOSFET器件存在可靠性等問(wèn)題。而GaN材料的IGBT尚未成熟，仍然存在一些挑戰，目前商用還比較少。

　　馬國偉則更看好SiC及GaN兩種材料在小功率方面的應用，他提到，這些應用更需要這種超密度、超高速的器件，而用在大功率IGBT則還有些遠。而不同要求將使這些材料的應用進(jìn)展不一。馬國偉表示，SiC一個(gè)明顯的缺點(diǎn)就是很貴。電機驅動(dòng)、風(fēng)力發(fā)電等應用不追求效率，他們追求的是輸出能力、可靠性等。而唯一會(huì )追求極高效率的應用就是太陽(yáng)能，如果能把效率提高一兩個(gè)百分點(diǎn)，前期投入成本、運營(yíng)收入都會(huì )產(chǎn)生明顯的益處，因而前期SiC在太陽(yáng)能方面的應用更有前景。

　　雖然目前SiC及GaN的材料昂貴限制了其大規模應用，但業(yè)界仍對它們的前景寄予厚望。AndreasUrschitz提到，三五年內6英寸產(chǎn)品的推出，將是SiC實(shí)現大規模商用的時(shí)候。