领先产品+创新理念，东芝半导体挑战功率器件性能极限

电子发烧友网报道（文/吴子鹏）要问当前电子信息产业哪些领域最火热？相信很多人会谈到汽车、新能源和储能等，这些都是和能源息息相关的，是功率器件重要的应用市场，也是PCIM Asia 2023（上海国际电力元件、可再生能源管理展览会）上，参展商重点关注的领域。

为了帮助上述行业更好地发展，东芝半导体在PCIM Asia 2023上不仅展出了具有市场竞争力的功率器件和模块，同时也将一些创新理念带入市场，帮助行业更好地发展。

新型双栅极RC-IEGT结构

PCIM Asia 2023上，东芝半导体介绍了该公司最新推出的全球首款4.5kV双栅极RC-IEGT。如下图所示，双栅极RC-IEGT的空穴控制栅极（CG）与主栅极（MG）分离。在IEGT模式下，电流从基板的背面流向正面，CG关断之后MG关断，减少基板中累积的空穴，降低关断损耗；在二极管模式下，电流从基板正面流向背面，MG和CG在反向恢复之前同时导通，减少了基板中累积的电子，减少了反向恢复损耗。



双栅极RC-IEGT导通关断时的总功耗（开关损耗）比传统单栅极结构降低24%，关断和导通损耗分别比传统单栅极结构降低24%和18%，反向恢复损耗降低32%。




东芝半导体工程部-分立器件技术部1-副总监屈兴国表示，双栅极RC-IEGT是东芝半导体在IEGT技术发展上一次非常有价值的创新尝试，有望突破Si器件的极限，进一步增强这一类别产品的性能和功耗水平。

当然，他也坦言道：“目前双栅极RC-IEGT还处于实验室研发的阶段，距离投向市场还有很长的路要走。”

最新6.5kV的PPI压接式封装器件

随着高压大功率IGBT（东芝半导体称为IEGT）产品的快速发展，4.5 kV和6.5 kV电压等级器件已经逐步实现市场化，在牵引运输、电力系统等领域发挥着重要价值。在这些应用中，压接式结构具有稳定可靠的优势，能够长时间为大功率应用提供高性能输出。

为满足高电压的市场需求，PCIM Asia 2023上东芝半导体展出了最新的6.5kV的PPI压接式封装器件。器件内部采用电流、电压均等分布的排列方式，装有多个IEGT芯片。器件内部通过无引线键合的方式提高了器件的可靠性，可双面散热压接特性可实现更高的散热特性。



屈兴国指出，东芝半导体是压接式封装技术发展的引领者之一，在这类产品的应用上有非常具有代表性的成功案例，因此在一些新能源发电应用中非常有竞争力。压接式封装可以像纽扣电池一样，多颗串联在一起，如果是传统的模块通过铜排串联，稳定性和可靠性非常低。陶瓷外壳也增强了器件的防爆属性。

在此，他特别提到了东芝半导体PPI压接式封装器件的短路失效模式，器件在失效之后会呈现短路模式，那么在多颗串联使用时，某一颗器件的失效并不会影响整个系统继续工作。这是一种性能冗余，对于海底能源项目等特殊项目，系统投运后基本不会考虑后期的维修，那么通过“N+1”的部署方式就可以保证系统长期稳定运行。在国内柔性输配电等项目中，这一产品特性也非常重要。

另外，他介绍说，为了帮助新用户更好地了解压接式封装产品，东芝半导体与第三方合作伙伴共同开发的IEGT压接组件采用了2颗ST2000GXH32（4.5KV／2KA／内置二极管的压接式封装）PPI器件，适用于新客户进行双脉冲测试，以便快速了解东芝半导体器件，缩短开发周期。

低功耗、易设计的SiC MOSFET

受益于新能源汽车、光伏储能等领域的快速发展，SiC（碳化硅）器件得到了广泛的应用，市场规模快速提升。根据Yole统计，到2027年，全球导电型SiC功率器件市场规模有望突破60亿美元，年复合增长速率约34%。

PCIM Asia 2023上，SiC器件和模块也是厂商展示的重点。在这方面，东芝半导体展示了采用SBD内置技术，而非本体二极管的SiC MOSFET，具备更低的VF 和出色的开关性能以及宽VGS 控制范围，可广泛应用于光储充行业、数据中心、高效小型化电源和马达等领域。



从第二代产品到第三代产品，东芝的SiC MOSFET实现了更低的Ron*Qgd，减少了80%，这是实现更好开关性能的关键。

屈兴国表示，SBD相较于本体二极管具有更强的通流能力，导通电压更低，常规SiC MOSFET的导通电压在3-5V，东芝半导体SiC MOSFET的导通电压为1.3V-1.5V。这样的设计也克服了传统SiC MOSFET的双极退化缺陷，本体二极管一旦有电流流过，会影响MOSFET正常工作。

在SiC模块方面，他指出，东芝半导体除了供应主流的1200V、1700V和3300V的SiC模块以外，为了满足光伏客户在1500V母线电压级别的需求，还开发了2200V的SiC模块，将会在今年年底前量产交付。

结语

在本次PCIM Asia 2023上，东芝半导体再一次从产品性能、可靠性以及产品创新层面展示了自己在功率器件领域的技术实力。这些产品让东芝半导体在可再生能源、柔性输配电、光伏储能、牵引逆变器等领域，能够赢得更多的用户认可。