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    • 功率器件与“双碳”计划双向捆绑,市场前景看好
    • 什么是IEGT?
    • IEGT主要面向哪些市场?具有怎样的竞争优势?
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发力功率半导体,东芝解锁“双碳”密码

11/15 15:46 作者:夏珍
阅读需 8 分钟
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日本在氢能领域是相对领先的,就汽车领域而言,之前丰田就推出过氢能源汽车。虽然受全球新能源战略的影响,氢能源汽车未能实现真正意义上的普及,但我们要知道氢能的目标市场可不止汽车这个单一赛道。

在2022年的进博会上,东芝就展出其纯氨燃料电池系统H2RexTM。据东芝(中国)有限公司副总裁仲秋介绍:“东芝自上世纪60年代初,就已开始着手氢能产品的研究开发。东芝纯氨燃料电池系统H2RexTM,能够将氢高效转变为电能及热能,不仅综合能源效率达到95%,设计寿命也达到了8万小时标准”。


图 | 东芝(中国)有限公司副总裁 仲秋

此外,东芝还在和中国的合作伙伴一起,推一款功率为5kW的基于甲醇重整的小型氢能电池,用于给一些国家电网的电力输送不到的边远地区或5G的基站供电,从而实现小成本维护基站的目标。

功率器件与“双碳”计划双向捆绑,市场前景看好

事实上,不管是改换清洁能源,还是通过方案优化实现节能减排,从底层硬件的角度来看,都离不开功率器件的加持,包括功率IC 和功率分立器件,其中功率分立器件又可分为功率MOSFET、功率BJT、功率Diode、IGBT和以SiC、GaN为主要代表的第三代半导体功率器件等。

根据Omdia 最新发布的数据显示,2021年全球功率半导体市场规模为441亿美元,预计到2024 年将突破500亿美元;2021年国内功率半导体市场规模为159亿美元,到2024年有望达到190亿美元。

即使是在消费电子下行周期的今天,功率半导体依然涨势喜人,因为从长远来看,“双碳”计划和功率半导体是双向捆绑的关系。

东芝电子元件(上海)有限公司分立器件战略业务企划统括部经理苗汉洁告诉与非网:“东芝看好功率半导体市场,而工业和汽车领域是东芝半导体现在对功率器件推广和侧重的两大方向。”那么东芝到底有哪些过硬的功率器件产品,各自匹配哪些细分市场呢?笔者带着这些问题,在进博会期间,跟东芝进行了一场深度对话。


 图 | 东芝电子元件(上海)有限公司分立器件战略业务企划统括部经理 苗汉洁

东芝的功率分立器件是根据电压等级来分类的,600V~1700V之间的归为IGBT,3300V以上的归为IEGT,对于市场上出现的对效率和体积要求更高的场景,如光伏发电和新能源汽车,则考虑导入SiC器件。而根据常规的认知,大家一般只知道IGBT和SiC器件,却不知IEGT。

什么是IEGT?

IEGT是英文Injection Enhanced Gate Transistor的简称,中文释义为门极注入增强三极管。要真正了解IEGT,还得从东芝的IGBT历史说起。

 
图 | IEGT压接装置(半桥拓扑)示例,4500V/2000A/PPI

我们知道,IGBT起源于1980年代,最开始由美国公司实现了产品的设计,东芝率先解决了产品生产良率的问题,从而实现大规模的商业化推广。

在将IGBT器件从低电压往高电压进行生产设计的过程中,东芝发现做高电压的IGBT器件芯片越来越厚,伴随而来的是导通损耗越来越大,整机效率不断降低。因此为了解决高电压IGBT器件的效率问题,东芝引入了一种叫门极注入增强的技术,并以该技术的首字母IEGT注册了商标。如前所述,当前东芝把3300V以上规格的IGBT器件统称为IEGT。

此外,从电流的市场需求来看,大功率应用的场景越来越多,而现在市面上比较主流的IGBT都采用的是塑料封装的模块,这种封装方式会导致模块里面的杂散电感较大。为了匹配大电流的市场需求,东芝引入了陶瓷金属管壳的封装形式。

苗汉洁举例道:“现在普通的标称4500V耐压的塑料封装的模块,通常耐流为1200A,而东芝量产的陶瓷金属管壳封装的模块,可以达到4500V耐压下3000A的电流等级(5000A的器件已有早期样品),同时提升了产品的可靠性,这也是IEGT最大的核心竞争力所在。而实现陶瓷金属管壳IGBT技术是有门槛的,目前有很长时间大规模使用经验的厂商,全球可能只有两家。” 

IEGT主要面向哪些市场?具有怎样的竞争优势?

东芝的IEGT器件从诞生到现在已经拥有超过20年的历史,根据市场的验证和反馈可知,IEGT非常适合用于高可靠性、高电压、大电流要求的应用场景中,如国内的柔性直流输电工程这种需要达到±800kV/8GW的超级工程。

 
图 | 柔性直流输电工程示意

仲秋表示:“随着光伏、风力、水力发电站的逐渐增多,以及新能源产业的快速发展,传统的直流输配电出现了一些技术挑战,东芝的IEGT产品利用先进的制造工艺和高可靠性,能够解决这方面的问题,现在正成为柔性直流输配电家族的重要成员之一。”

“能源链的定义是发电、输配电和用电,IEGT其实可以用在整个能源链上,比如海上风力发电机属于发电,柔性直流输电属于输电,直流配电网属于配电,电力机车、大功率的电机驱动等就属于用电。” 苗汉洁补充道。

写在最后

当前,东芝的功率MOS器件出货量处于全球第四的位置,并且是第一个用12英寸晶圆生产功率器件的日系厂家。东芝方面表示,由于其客户的需求量比较大,所以现处于12英寸晶圆产能扩充的阶段,主要面向汽车和工业应用。其中,第一条产线是在已有的厂房里面新建,这条产线会在2022财年投入生产;第二条产线是新建一个厂房,新建厂房的投产会在2024财年。据悉,在新建厂房的第一期工程满产之后,产能会达到现有总产能的2.5倍,在新厂房的二期工程,也就是第二条线的二期工程满产之后,会达到现有产能的3.5倍。

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