2023年8月29日,PCIM Asia 上海国际电力元件、可再生能源管理展览会在上海新国际博览中心隆重揭幕,展会持续时间为3天。作为亚洲领先的电力电子展会,展会聚集了一众业界翘楚,探索行业最新趋势和创新发展之路。

作为本届展会的赞助商,三菱电机半导体携变频家电用智能功率模块SLIMDIP-ZTM、工业与新能源发电用三电平IGBT模块、新型3.3kV高压SiC-MOSFET模块、下一代电动汽车专用功率模块4款新品及其他涵盖多个电力电子应用领域的14款经典产品全线亮相,以行业发展和应用为导向,全面展示三菱电机功率器件的产品及技术趋势。

(发布会现场照片)

8月30日,三菱电机同步召开了以“创新功率器件构建可持续未来”为主题的媒体发布会。三菱电机半导体大中国区总经理赤田智史、三菱电机功率器件制作所首席技术顾问Gourab Majumdar 博士、三菱电机功率器件制作所高级技术顾问近藤晴房、三菱电机半导体大中国区市场总监陈伟雄、三菱电机半导体大中国区技术总监宋高升莅临发布会现场进行了主题演讲,并针对记者提问,就三菱电机最新产品和技术趋势、市场战略进行互动。

(发布会上答记者问)

创立于1921年的三菱电机,作为一家以技术驱动发展的全球知名综合性企业,凭借强大的技术实力和良好的企业信誉在全球的电力设备、通信设备、工业自动化、电子元器件、家电等市场占据重要地位。尤其在电子元器件市场,三菱电机从事开发和生产半导体已有67年,其半导体产品更是在变频家电、轨道牵引、工业与新能源、电动汽车、模拟/数字通讯以及有线/无线通讯等领域得到了广泛的应用。

业务层面,从财报来看,三菱电机实现了稳定增长。公告显示:三菱电机2023财年净利润为2139亿日元,收入同比增长12%至50036亿日元;对于2024财年,三菱电机预计收入为52000亿日元,营业利润为3300亿日元,净利润为2600亿日元。在前段时间三菱电机召开的投资说明会上,三菱电机社长兼CEO漆间启先生着重强调了功率半导体业务是集团业务增长的主要牵引力。

用创新产品持续引领行业方向

展会上首次亮相的四款新品,延续了三菱电机一贯的在各个应用领域持续创新、不断迭代的精神,以前沿技术和创新产品引领变频家电、轨道牵引、工业与新能源、电动汽车行业发展。

(三菱电机亮相2023PCMI)

在变频家电行业,继SLIMDIP-STM、SLIMDIP-MTM、 SLIMDIP-WTM、 SLIMDIP-LTM、SLIMDIP-XTM之后,SLIMDIPTM封装系列又添新成员SLIMDIP-ZTM。SLIMDIP-ZTM具有30A的高额定电流,主要应用于3匹变频空调系统。

为了适应变频家电市场高可靠性、低成本、小型化等应用需求,三菱电机优化了SLIMDIP-ZTM内部结构,扩大了RC-IGBT芯片的安装面积并采用了全新的绝缘导热垫片可使热阻降低约40%。SLIMDIP系列封装,帮助设计者缩短开发时间帮助,实现更简单、更小型的家用电器逆变系统。

 

(变频家电用智能功率模块SLIMDIP-ZTM)

在工业与新能源行业,本次展示的这款工业与新能源发电用三电平IGBT模块,采用了T型三电平拓扑。半桥部分采用了1200V第7代IGBT,而交流开关部分采用了650V第7代IGBT。这款三电平模块具有200A和400A两个电流规格。优化的封装设计使得该模块可以通过不同的数量并联实现变流器的灵活功率配置,简化电路设计。

在轨道牵引行业,继3.3kV/185A、3.3kV/375A和3.3kV/750A全碳化硅模块之后,三菱电机新开发了一款集成SBD的SiC-MOSFET模块,其规格为3.3kV/800A,它将有助于为铁路、电力系统及大型工业变流系统提供更大功率密度、更高效率和可靠性。

在封装结构和形式上,这款SiC MOSFET模块采用集成SBD的SiC MOSFET和优化的封装结构,与公司现有的硅功率模块相比,开关损耗降低了91%,与现有3.3kV/750A全SiC功率模块相比降低了66%。从而降低了变流器功率损耗,并有助于提高输出功率和效率,有效减少碳排放。此外,该款SiC MOSFET模块采用了LV100封装形式,可以通过不同的数量并联实现变流器的灵活功率配置,简化电路设计。

(新型3.3kV高压SiC-MOSFET模块)

在电动汽车行业,三菱电机正在开发下一代电动汽车专用功率模块。该系列模块拥有1300V和750V两个电压等级,分别采用SiC MOSFET和RC-IGBT芯片技术。该系列模块采用三菱电机擅长的压注模工艺。在保证可靠性的同时,大大提升生产效率。

按下功率半导体“加速键”

今年市场情形严峻,遇冷的大环境逼着企业纷纷“刀刃向内”,削减冗余,控制成本,甚至无奈大幅裁员。相比市场大多数企业,三菱电机半导体呈现出难得的利好态势:在功率半导体投资扩产和技术布局方面接连传来重磅消息,并确定了以碳化硅为业务增长关键的核心战略——继续研发车载产品、加速研发新一代产品、扩大全球销售。

扩产方面,2023年3月,三菱电机宣布,将在截至2026 年 3 月的五年内将之前宣布的投资计划翻一番,达到约 2600 亿日元,主要用于建设新的晶圆厂,以增加碳化硅 (SiC) 功率半导体的生产。

具体而言,三菱电机计划在2026年4月开始稼动位于日本熊本县菊池市(泗水)的碳化硅8英寸晶圆的新工厂。此外,还计划对碳化硅6英寸晶圆工厂(位于日本熊本县合志市)进行扩产,到2026年,碳化硅产能预计会扩大至现在的5倍左右。三菱电机半导体大中国区总经理赤田智史透露,预计到2030年,三菱电机SiC功率模块营收占比将会提升到30%以上。

市场方面,作为三菱电机的核心优势产品,三菱电机自1994年以来一直在研发SiC 相关技术及模块,并在全球率先将其安装在变频空调和高速列车中。截止到2022年底,在全球有超过2千6百万辆汽车的电驱系统使用了三菱电机的硅基和碳化硅基车载功率器件。

据悉,在功率模块领域,三菱电机在全球市占率中排名领先。其中,消费类电子用智能功率模块(Intelligent Power Module)市占率全球第一,轨道牵引用全碳化硅功率模块市占率也是全球第一。赤田智史进一步提到,三菱电机会把业务增长重点放在新能源汽车领域和消费电子领域,同时保持工业、可再生能源和铁路牵引领域等应用的资源投放。

技术方面,三菱电机拥有多种尖端技术,如在外延、工艺等方面的高质量化合物半导体技术、利用自主研发沟槽(Trench)结构SiC-MOSFET所实现的低功耗芯片技术、业界顶尖的小型化与轻量化模块技术等。三菱电机功率器件制作所首席技术顾问Gourab Majumdar 博士也在发布会上就三菱电机的技术进展做了充分的补充,包括硅基和碳化硅基两个方面。

以硅基芯片为例,三菱电机研发的硅基IGBT芯片从第3代IGBT到现在第7代IGBT,面积越来越小,每一代IGBT的损耗也在不断降低。当前,三菱电机已经推出采用更精细结构概念、更新工艺技术的新型RC-IGBT芯片。据悉,新一代RC-IGBT芯片可以改善散热,以减少热阻,其损耗也比传统的RC-IGBT降低了50%左右。

为了进一步强化技术优势,整合优势技术资源,2023年7月,三菱电机宣布,已入股Novel Crystal Technology, Inc.。在以碳化硅、氮化镓为代表的第三代半导体逐渐进入产业化并加速放量的阶段,三菱电机为抢占技术先机按下了“快捷键”。

三菱电机期望通过将其在低能量损耗、高可靠性功率半导体的设计和制造方面的专业知识与Novel Crystal Technology在镓生产方面的专业知识相结合,加速其卓越节能氧化镓功率半导体的开发。

三菱电机功率器件制作所高级技术顾问近藤晴房表示,碳化硅功率模块的商业化应用已超过十年时间,现在是时候导入新型的宽禁带材料。事实上,若干年前,三菱电机就已经展开氧化镓技术的研究,作为新型半导体材料,氧化镓肯定会面临很多技术挑战,但三菱电机接下来会努力基于氧化镓的功率芯片和功率器件技术研究。

展望未来,赤田智史表示,三菱电机将会继续开发适用于工业、可再生能源和铁路牵引应用领域的创新产品,这是我们业务的基础。在此基础上,我们将会投入更多资源在新能源汽车和家电应用领域,实现业务高速增长。

“在晶圆技术方面,我们将会集中精力开发8英寸的SiC芯片和12英寸的Si芯片。秉承着更高附加值、更高规格的产品研发理念以及小型化的产品设计理念。以高应用灵活性、高可靠性、高效率的产品持续帮助客户解决生产和应用上的问题,同时,依托全球客户群的规模优势降低成本,通过为诸多领域提供优势碳化硅模块积累的丰富经验,为各行各业实现绿色转型做出贡献。”赤田智史最后强调。

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