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东芝碳化硅的“芯”思路|PCIM专访

2025924-26日,2025 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举办,东芝携其创新技术、产品亮相展会。NE时代作为受邀媒体出席了东芝2025 PCIM Asia Shanghai的展台参观和交流活动。

在展品方面,东芝呈现了车载核心产品、创新工业解决方案以及明星产品,全方位赋能电力能源行业高效发展,为行业提供高效可靠的技术与解决方案。同时,东芝还与基本半导体通过联合展台亮相,重点展示双方在碳化硅领域的深度合作成果。

01.

东芝携多领域创新技术与产品强势亮相,看点拉满

东芝围绕车载应用场景,展示多款高性能功率器件及配套产品。

其中,东芝展示了两类碳化硅模块,一是内置碳化硅芯片的HPD模块,采用六并联设计,规格达1200V/650A,具备低导通电阻、优异散热性能,可帮助客户快速评估芯片性能,缩短开发周期;二是SSC塑封模块,内置4并联东芝碳化硅芯片的半桥模块,单模块尺寸仅69mm×49.2mm×22mm,能有效实现逆变器系统小型化。

另外,东芝还展出了其车载低压MOSFET与光耦产品。车载低压MOSFET覆盖12V48V电池系统,未来计划扩展至96V高压系统,适配下一代汽车电子电压需求;车载光耦产品线含18款不同输出类型产品,均符合AEC-Q101IATF 16949认证标准,满足车载场景可靠性要求。

根据现场公布的东芝电动汽车主驱变流器芯片进展情况,东芝的RC-IGBT采用内置FRD(快恢复二极管)结构,实现正反向双向导通,提升功率密度,助力逆变器小型化。同样的,东芝的碳化硅芯片也集成嵌入式SBD肖特基势垒二极管,规避叠层缺陷导致的可靠性问题,稳定MOSFET导通电阻,确保了器件的高可靠性和长期运行稳定性。

其中,东芝车规级碳化硅芯片是从第五代产品开始,包括1200V/750V等级的多款矩阵产品,预计于2026年第四季度量产,主要应用在电动汽车主驱上。

此外,东芝还展示了包括150mm碳化硅晶圆、功率器件及驱动芯片等系列展品,为车载应用提供全面的解决方案。

针对工业智能化需求,东芝展出覆盖晶圆、封装、功率模块的全链条工业解决方案。

东芝不仅展出了300mm12英寸)硅晶圆,还展出了工业级碳化硅MOSFET模块,具备低杂感损耗特性,满足工业设备对高电压、大电流的严苛需求。另外,展会现场还展出了与基本半导体联合开发的多款工业级全碳化硅功率模块及混碳功率模块,均采用东芝SiC MOSFET/RC-IGBT芯片,在导通损耗、开关损耗、杂散电感、可靠性上表现优异,可应用于APFPCS、大功率充电桩、固态断路器等领域。

产能方面,随着东芝第二条基于12英寸(300mm)晶圆的产线正式投入运营,整体产能预计将提升至原来的3.5,为工业智能化发展提供支持与保障。

在独立展区,东芝展示了多款技术成熟、应用广泛的明星产品,覆盖能源转换、储能、电网协同等领域。

其中,展示的碳化硅MOSFET单管(两种直插、两种表贴)模块(ED3iXPLV,广泛应用于工业、光伏、可再生能源领域,为系统提供高效能源转换、稳定运行及低能耗支持,同时还展示了一款基于碳化硅MOS单管开发的3相逆变器Demo板,便于客户测试。

单管中,两种直插的对应的主要是1200V650V的产品线,目前已经量产;贴片的两种封装,也已进入量产,更加适合于比如基站电源或者高效电源应用领域,因为可以做小型化。

模块中,1200V1700V2200V3300V分为了四个电压等级,包含ED3iXPLV两种封装,目前均已量产,主要是应用在比如轨道牵引、风电、光伏发电等大功率的场景。

东芝还提供了用于驱动工业电机驱动器等功率转换设备中使用的SiC MOSFET模块的栅极驱动电路。它可以通过使用外部缓冲MOSFET,以大电流驱动SiC MOSFET模块。

同步展示的压接式IEGT,作为变流器的核心功率器件,在结构设计与性能优化上形成了多重技术优势。其内部采用电流、电压均等分布的优化排列方式,并集成多颗IEGT芯片;通过芯片无引线键合的设计,有效规避了引线连接环节的潜在失效风险,显著提升器件整体运行可靠性。

同时,该器件采用双面散热压接结构实现高散热性;在应用灵活性上,其结构设计便于多颗器件实现串联组合。此外,器件采用陶瓷外壳封装的防爆结构,进一步提升了极端工况下的安全防护能力,适配大功率电力传输需求。

另外,东芝与第三方合作开发压接组件方案,基于半桥拓扑的子单元,采用两颗IEGT,适用于新客户进行双脉冲测试,从而快速地了解和评估东艺器件,缩短客户的开发周期。

同时,东芝还展示了其储能与电网协同产品。一是SCiB™电池,采用钛酸锂(LTO)负极,具备高安全、长寿命、耐低温、大倍率、高功率特性,降低电池更换与维护成本;二是VPP虚拟电厂,利用AI技术预测可再生能源发电量与电力市场价格,通过物联网群控分布式资源(储能、电动汽车、热泵热水器等),实现可再生能源与电网协同,最大化用户利益。

02.

东芝碳化硅的思路

NE时代的独家交流中,东芝围绕碳化硅(SiC)产品迭代、核心技术、封装趋势、国内合作及价格应对等关键问题展开详细阐述,清晰呈现了其在该领域的战略方向与技术进展,具体内容如下:

碳化硅,从工业级到车规级的迭代升级

东芝碳化硅器件布局遵循先模块后单管的路径,初期聚焦1200V-3300V电压等级模块,后基于中国市场对单管“适用性广、方案成本低”的需求,推进工业级单管产品开发,并已实现量产——不仅2023年完成工业级单管产品线量产,今年还新增两款贴片封装产品,此类产品被定义为第三代产品,主要面向工业与公共行业场景。

当前重点推进的第五代产品,在第三代技术基础上实现三大核心突破,核心目标是切入车规市场并降低成本

第一点,晶圆尺寸升级。6英寸切换至8英寸晶圆产线流片,通过更大晶圆面积摊薄单位成本,提升产品性价比;

第二点,内置SBD技术优化。东芝传承第三代内置SBD(肖特基势垒二极管)的设计,但对SBD结构进行精细化改进——将早期条形状嵌入升级为条形状再加棋盘格式嵌入,在不影响性能的前提下,将SBDMOS芯片的面积压缩至仅6%,既保留内置SBD的优势,又解决了MOSSBD共晶圆导致面积增大、成本上升的痛点;

第三点,车规级可靠性认证。第五代产品优先通过车规标准测试,重点强化可靠性,标志着东芝碳化硅产品从工业级向车规级延伸,可满足电动汽车主驱变流器等车载高压场景需求。

内置SBD,是优势也是趋势

东芝碳化硅器件的内置SBD技术,与旗下RC-IGBT(逆导型IGBT)的逆向导通设计一脉相承,核心逻辑是半导体内部集成化,区别于行业内部分企业外部并接SiC二极管的方案——部分厂商采用1SiC芯片+ 1SiC二极管封装集成,通过键合连接,不仅增加芯片数量导致成本上升,还会因引线引入杂感,影响高频工况下的性能。

东芝认为,内置SBD是高频场景下的重要趋势,未来或有更多厂商跟进。这一逻辑与RC-IGBT的行业路径相似,目前除东芝外,富士、三菱等企业也已采用RC-IGBT技术路线,集成化已成为功率半导体的重要发展方向。

封装技术,孰优孰劣?

针对碳化硅模块的封装趋势,东芝结合新能源汽车等核心应用场景,从现有主流与下一代技术等方面展开分析。

东芝认为,现有主流封装是基于HPD封装的延续性。HPD封装由英飞凌首创,最初应用于硅基IGBT模块,因行业厂商切换SiC时优先保持封装不变、仅替换核心芯片的需求,HPD封装成为当前SiC模块的主流选择。不过,HPD封装在电压、电流承载能力及体积上存在局限,随着应用需求升级,其劣势逐渐显现。

SSC塑封模块(单面散热,Single-sided Cooling)凭借散热性能更优、体积更小的优势,正成为下一代模块的开发热点,尤其受新开发逆变器及整车厂商青睐;DSC双面散热模块Double-sided Cooling)散热效率更高,但当前量产技术难度较大,尚未成为主流,更多处于技术探索阶段。

基于此,东芝判断,从生产端惯性来看,HPD封装将在现有成熟产品中继续延续,而新开发产品将更多聚焦SSCDSC技术,实现性能与体积的突破。

值得注意的是,嵌入式模块是东芝未来布局的方向之一,其核心设计是将芯片烧结后嵌入PCB内部,可实现三大优势,包括减少杂感(抑制尖峰与干扰)、提升散热能力(缩小散热器体积)、进一步小型化

不过,嵌入式模块仍面临现实挑战。目前仅低压产品实现量产,750V/1200V等中高压产品尚未量产。核心难点在于可靠性测试(尤其车载场景要求严苛)与芯片镀铜工艺(需控制镀层厚度以适配PCB铜材,工艺精度要求高)。东芝计划于明年4月推出相关产品,且已针对国内新势力车企的需求展开调研。

本土化代工与“China for China”战略

当前东芝在国内的碳化硅模块主要采用第三方代工封装模式,核心原因在于:

东芝目前暂未自主量产车规模块,为了快速推进车规模块落地以及适配国内市场需求,东芝通过芯片销售与第三方合作(比如基本半导体),可借助本土化企业的封装技术与销售网络,加速产品推向市场。这样的合作,能更好响应国内市场对成本控制、交付速度、技术支持的需求,弥补外资企业在本土化响应上的短板。

未来,东芝将进一步强化与中国碳化硅产业链的合作,核心遵循“China for China”“Local for Local”策略,在保持东芝技术优先、可靠性为本的核心优势基础上,通过合作共赢模式,提升对国内市场变化的反应速度,降低成本,同时整合国内上游材料、封装等资源,完善产业链布局。

价格应对,从技术与供应链端控制成本

针对今年碳化硅产品价格大幅下降的行业现状,东芝的应对策略聚焦三大核心方向,从根源上降低成本:

第一,晶圆尺寸升级。推动从6英寸向8英寸晶圆切换,通过更大晶圆面积提升单位产出,摊薄单位成本;

第二,与上游材料合作。与国内上游材料厂商(比如天岳)合作,从源头控制原材料成本,依托国内材料产业的成熟化优势,降低供应链成本;

第三,提升晶圆成品率。凭借东芝在半导体领域的技术积累,优化制造工艺,将晶圆成品率从行业平均水平向更高水平提升(比如从60%提升到80%),直接降低单位产品的制造成本。

同时,东芝也提及行业内卷中的非技术因素,明确其核心竞争力仍聚焦于技术优化与成本控制,而非单纯“价格战”

03.

写在最后

本次展会,东芝以丰富的展品和前沿的技术,充分展现了在电力能源领域的硬实力与创新力。聚焦来看,东芝在碳化硅领域的布局呈现清晰逻辑:以技术传承与迭代为核心,以本土化合作为路径,同时以成本与可靠性平衡为目标,适配当前国内市场对工业级、车规级产品的需求,也为未来技术突破预留空间,展现出稳扎当前、布局长远的战略思路。

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碳化硅东芝

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