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    戰略新變革:三菱電機為功率半導體按下“加速鍵”

    2023/09/04
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    2023年8月29日,PCIM Asia 上海國際電力元件、可再生能源管理展覽會在上海新國際博覽中心隆重揭幕,展會持續時間為3天。作為亞洲領先的電力電子展會,展會聚集了一眾業界翹楚,探索行業最新趨勢和創新發展之路。

    作為本屆展會的贊助商,三菱電機半導體攜變頻家電用智能功率模塊SLIMDIP-ZTM、工業與新能源發電用三電平IGBT模塊、新型3.3kV高壓SiC-MOSFET模塊、下一代電動汽車專用功率模塊4款新品及其他涵蓋多個電力電子應用領域的14款經典產品全線亮相,以行業發展和應用為導向,全面展示三菱電機功率器件的產品及技術趨勢。

    (發布會現場照片)

    8月30日,三菱電機同步召開了以“創新功率器件構建可持續未來”為主題的媒體發布會。三菱電機半導體大中國區總經理赤田智史、三菱電機功率器件制作所首席技術顧問Gourab Majumdar 博士、三菱電機功率器件制作所高級技術顧問近藤晴房、三菱電機半導體大中國區市場總監陳偉雄、三菱電機半導體大中國區技術總監宋高升蒞臨發布會現場進行了主題演講,并針對記者提問,就三菱電機最新產品和技術趨勢、市場戰略進行互動。

    (發布會上答記者問)

    創立于1921年的三菱電機,作為一家以技術驅動發展的全球知名綜合性企業,憑借強大的技術實力和良好的企業信譽在全球的電力設備、通信設備、工業自動化、電子元器件、家電等市場占據重要地位。尤其在電子元器件市場,三菱電機從事開發和生產半導體已有67年,其半導體產品更是在變頻家電、軌道牽引、工業與新能源、電動汽車、模擬/數字通訊以及有線/無線通訊等領域得到了廣泛的應用。

    業務層面,從財報來看,三菱電機實現了穩定增長。公告顯示:三菱電機2023財年凈利潤為2139億日元,收入同比增長12%至50036億日元;對于2024財年,三菱電機預計收入為52000億日元,營業利潤為3300億日元,凈利潤為2600億日元。在前段時間三菱電機召開的投資說明會上,三菱電機社長兼CEO漆間啟先生著重強調了功率半導體業務是集團業務增長的主要牽引力。

    用創新產品持續引領行業方向

    展會上首次亮相的四款新品,延續了三菱電機一貫的在各個應用領域持續創新、不斷迭代的精神,以前沿技術和創新產品引領變頻家電、軌道牽引、工業與新能源、電動汽車行業發展。

    (三菱電機亮相2023PCMI)

    在變頻家電行業,繼SLIMDIP-STM、SLIMDIP-MTM、 SLIMDIP-WTM、 SLIMDIP-LTM、SLIMDIP-XTM之后,SLIMDIPTM封裝系列又添新成員SLIMDIP-ZTM。SLIMDIP-ZTM具有30A的高額定電流,主要應用于3匹變頻空調系統。

    為了適應變頻家電市場高可靠性、低成本、小型化等應用需求,三菱電機優化了SLIMDIP-ZTM內部結構,擴大了RC-IGBT芯片的安裝面積并采用了全新的絕緣導熱墊片可使熱阻降低約40%。SLIMDIP系列封裝,幫助設計者縮短開發時間幫助,實現更簡單、更小型的家用電器逆變系統。

    (變頻家電用智能功率模塊SLIMDIP-ZTM

    在工業與新能源行業,本次展示的這款工業與新能源發電用三電平IGBT模塊,采用了T型三電平拓撲。半橋部分采用了1200V第7代IGBT,而交流開關部分采用了650V第7代IGBT。這款三電平模塊具有200A和400A兩個電流規格。優化的封裝設計使得該模塊可以通過不同的數量并聯實現變流器的靈活功率配置,簡化電路設計。

    在軌道牽引行業,繼3.3kV/185A、3.3kV/375A和3.3kV/750A全碳化硅模塊之后,三菱電機新開發了一款集成SBD的SiC-MOSFET模塊,其規格為3.3kV/800A,它將有助于為鐵路、電力系統及大型工業變流系統提供更大功率密度、更高效率和可靠性。

    在封裝結構和形式上,這款SiC MOSFET模塊采用集成SBD的SiC MOSFET和優化的封裝結構,與公司現有的硅功率模塊相比,開關損耗降低了91%,與現有3.3kV/750A全SiC功率模塊相比降低了66%。從而降低了變流器功率損耗,并有助于提高輸出功率和效率,有效減少碳排放。此外,該款SiC MOSFET模塊采用了LV100封裝形式,可以通過不同的數量并聯實現變流器的靈活功率配置,簡化電路設計。

    (新型3.3kV高壓SiC-MOSFET模塊)

     

    在電動汽車行業,三菱電機正在開發下一代電動汽車專用功率模塊。該系列模塊擁有1300V和750V兩個電壓等級,分別采用SiC MOSFET和RC-IGBT芯片技術。該系列模塊采用三菱電機擅長的壓注模工藝。在保證可靠性的同時,大大提升生產效率。

    按下功率半導體“加速鍵”

    今年市場情形嚴峻,遇冷的大環境逼著企業紛紛“刀刃向內”,削減冗余,控制成本,甚至無奈大幅裁員。相比市場大多數企業,三菱電機半導體呈現出難得的利好態勢:在功率半導體投資擴產和技術布局方面接連傳來重磅消息,并確定了以碳化硅為業務增長關鍵的核心戰略——繼續研發車載產品、加速研發新一代產品、擴大全球銷售。

    擴產方面,2023年3月,三菱電機宣布,將在截至2026 年 3 月的五年內將之前宣布的投資計劃翻一番,達到約 2600 億日元,主要用于建設新的晶圓廠,以增加碳化硅 (SiC) 功率半導體的生產。

    具體而言,三菱電機計劃在2026年4月開始稼動位于日本熊本縣菊池市(泗水)的碳化硅8英寸晶圓的新工廠。此外,還計劃對碳化硅6英寸晶圓工廠(位于日本熊本縣合志市)進行擴產,到2026年,碳化硅產能預計會擴大至現在的5倍左右。三菱電機半導體大中國區總經理赤田智史透露,預計到2030年,三菱電機SiC功率模塊營收占比將會提升到30%以上。

    市場方面,作為三菱電機的核心優勢產品,三菱電機自1994年以來一直在研發?SiC 相關技術及模塊,并在全球率先將其安裝在變頻空調和高速列車中。截止到2022年底,在全球有超過2千6百萬輛汽車的電驅系統使用了三菱電機的硅基和碳化硅基車載功率器件。

    據悉,在功率模塊領域,三菱電機在全球市占率中排名領先。其中,消費類電子用智能功率模塊(Intelligent Power Module)市占率全球第一,軌道牽引用全碳化硅功率模塊市占率也是全球第一。赤田智史進一步提到,三菱電機會把業務增長重點放在新能源汽車領域和消費電子領域,同時保持工業、可再生能源和鐵路牽引領域等應用的資源投放。

    技術方面,三菱電機擁有多種尖端技術,如在外延、工藝等方面的高質量化合物半導體技術、利用自主研發溝槽(Trench)結構SiC-MOSFET所實現的低功耗芯片技術、業界頂尖的小型化與輕量化模塊技術等。三菱電機功率器件制作所首席技術顧問Gourab Majumdar 博士也在發布會上就三菱電機的技術進展做了充分的補充,包括硅基和碳化硅基兩個方面。

    硅基芯片為例,三菱電機研發的硅基IGBT芯片從第3代IGBT到現在第7代IGBT,面積越來越小,每一代IGBT的損耗也在不斷降低。當前,三菱電機已經推出采用更精細結構概念、更新工藝技術的新型RC-IGBT芯片。據悉,新一代RC-IGBT芯片可以改善散熱,以減少熱阻,其損耗也比傳統的RC-IGBT降低了50%左右。

    為了進一步強化技術優勢,整合優勢技術資源,2023年7月,三菱電機宣布,已入股Novel Crystal Technology, Inc.。在以碳化硅、氮化鎵為代表的第三代半導體逐漸進入產業化并加速放量的階段,三菱電機為搶占技術先機按下了“快捷鍵”。

    三菱電機期望通過將其在低能量損耗、高可靠性功率半導體的設計和制造方面的專業知識與Novel Crystal Technology在鎵生產方面的專業知識相結合,加速其卓越節能氧化鎵功率半導體的開發。

    三菱電機功率器件制作所高級技術顧問近藤晴房表示,碳化硅功率模塊的商業化應用已超過十年時間,現在是時候導入新型的寬禁帶材料。事實上,若干年前,三菱電機就已經展開氧化鎵技術的研究,作為新型半導體材料,氧化鎵肯定會面臨很多技術挑戰,但三菱電機接下來會努力基于氧化鎵的功率芯片和功率器件技術研究。

    展望未來,赤田智史表示,三菱電機將會繼續開發適用于工業、可再生能源和鐵路牽引應用領域的創新產品,這是我們業務的基礎。在此基礎上,我們將會投入更多資源在新能源汽車和家電應用領域,實現業務高速增長。

    “在晶圓技術方面,我們將會集中精力開發8英寸的SiC芯片和12英寸的Si芯片。秉承著更高附加值、更高規格的產品研發理念以及小型化的產品設計理念。以高應用靈活性、高可靠性、高效率的產品持續幫助客戶解決生產和應用上的問題,同時,依托全球頂級客戶群的規模優勢降低成本,通過為諸多領域提供優勢碳化硅模塊積累的豐富經驗,為各行各業實現綠色轉型做出貢獻?!背嗵镏鞘纷詈髲娬{。

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    作為全球自動化領域的領導廠商,三菱電機自動化(中國)有限公司負責三菱電機工業自動化(FA)事業在中國的業務,致力于為中國客戶降低成本、節能增效。自60年代進入中國以來,三菱電機的自動化產品已廣泛應用于汽車、紡織、包裝印刷、食品飲料、電子半導體、機床、新能源等領域;同時也為樓宇、電力、水處理、軌道交通等社會基礎設施建設提供有力支持。

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