與去年相比，2020年半導(dǎo)體功率器件市場整體景氣度有所下降，細(xì)微處則是各大應(yīng)用領(lǐng)域高低相間。大中國區(qū)三菱電機半導(dǎo)體應(yīng)用技術(shù)總監(jiān)宋高升表示，一方面，在家電領(lǐng)域，由于海外疫情遲遲未得到有效控制，導(dǎo)致變頻空調(diào)出貨量明顯減少，傳導(dǎo)至上游供應(yīng)鏈則表現(xiàn)為變頻空調(diào)壓縮機驅(qū)動用智能功率模塊出貨隨之減少；另一方面，在工業(yè)領(lǐng)域受口罩機市場帶動，機器人伺服驅(qū)動器用功率半導(dǎo)體器件增加；X光機、CT機相關(guān)醫(yī)療儀器同樣帶動IGBT模塊需求增長。

作為功率半導(dǎo)體器件的深耕者，三菱電機有著敏銳的市場認(rèn)知及判斷。事實上，只要談及現(xiàn)代半導(dǎo)體功率器件，很少有人會繞過三菱電機半導(dǎo)體，其首創(chuàng)的DIPIPM（智能功率模塊）一直引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展。

24年，開創(chuàng)者的歷程

據(jù)了解，DIPIPM是雙列直插型智能功率模塊的簡稱，其概念由三菱電機率先提出，并成功注冊商標(biāo)。上世紀(jì)九十年代初，變頻空調(diào)正在日本大規(guī)模普及，由于應(yīng)用在變頻空調(diào)控制器上的分立器件方案太復(fù)雜，而傳統(tǒng)的IPM方案成本又居高不下。為解決這一問題，1996年三菱電機福岡工廠首先設(shè)計出了DIPIPM，并進行了批量生產(chǎn)。

DIPIPM內(nèi)置了驅(qū)動和保護，因此相比較分立方案，在模塊外部不再需要設(shè)計驅(qū)動保護，使得變頻電路設(shè)計與調(diào)試時間大大縮短，控制PCB板的面積也比分立方案明顯減小，與傳統(tǒng)IPM方案相比，成本具有明顯優(yōu)勢，一推向市場，就受到了變頻空調(diào)客戶的青睞，日本主流空調(diào)器廠商的變頻方案也紛紛由分立方案或IPM方案轉(zhuǎn)向了DIPIPM 方案。

發(fā)展至今，DIPIPM走過了二十四個年頭，期間不斷進行升級換代，目前DIPIPM已至第7代。在變頻家電、工業(yè)等市場中，每年都有數(shù)千萬顆DIPIPM被應(yīng)用；截至2020年上半年，DIPIPM 累計出貨量已超8億顆。宋高升補充道，從全球范圍來看，目前超過一半的機器人伺服驅(qū)動器采用了三菱電機的DIPIPM。

從家電到工業(yè)

DIPIPM誕生之初主要針對變頻家電（空調(diào)、冰箱、洗衣機），由于其作為功率半導(dǎo)體器件，是整個電子裝置的電能轉(zhuǎn)換與電路控制的核心。在人類所消耗的電能中，75%以上的電能應(yīng)用需由功率半導(dǎo)體器件進行變換以后才能使用，因此DIPIPM應(yīng)用范圍日益擴大，同時走向了需求更為廣闊的工業(yè)制造現(xiàn)場。

與家電領(lǐng)域相比，工業(yè)領(lǐng)域相對來說應(yīng)用環(huán)境更為惡劣，對模塊的絕緣耐壓和過載倍數(shù)要求更高等。而在產(chǎn)品設(shè)計之初，三菱電機就充分考慮到產(chǎn)品應(yīng)用的兼容性，使得產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域不局限在某一領(lǐng)域，這也保障了DIPIPM能夠快速從民用家電領(lǐng)域快速切換到工業(yè)。

最近，為覆蓋不同功率范圍的產(chǎn)品應(yīng)用，三菱電機為小功率低壓工業(yè)傳動市場開發(fā)了第7代超小型和小型DIPIPM，為中功率工業(yè)應(yīng)用市場開發(fā)了第2代全碳化硅MOSFET模塊，為高壓大功率市場開發(fā)了高壓全碳化硅MOSFET模塊及混合碳化硅HVIGBT。

三菱電機第7代超小型DIPIPM

尤其在機器人伺服驅(qū)動領(lǐng)域，隨著智能制造的推進，為更好地發(fā)揮機器人性能并賦予其“智慧”，伺服驅(qū)動器產(chǎn)品逐漸出現(xiàn)驅(qū)控一體化、多軸驅(qū)動和高功率密度設(shè)計等趨勢，對功率器件的產(chǎn)品迭代也提出了更高的要求，如可以擁有更高結(jié)溫、輸出更大電流和開關(guān)噪聲低等。

三菱電機今年重點推薦的第7代超小型DIPIPM新品正契合了伺服驅(qū)動的演變趨勢，其最大結(jié)溫由之前的150℃提升至175℃，最大電流由35A擴展至40A。另外，三菱電機略微加寬了部分管腳底部的寬度，通過這一改進來有效降低PCB焊盤的溫度。對比第6代產(chǎn)品，新產(chǎn)品還有一大優(yōu)勢是其EMI噪聲降低了10dB，對實際應(yīng)用環(huán)境更加友好，能夠輕松勝任通用變頻器、伺服驅(qū)動器等電流過載倍數(shù)要求高的工業(yè)領(lǐng)域。

行業(yè)馬太效應(yīng)凸顯

由于行業(yè)特性，功率半導(dǎo)體領(lǐng)域在技術(shù)準(zhǔn)入、資本投入等方面設(shè)置了較高門檻，從了形成了較高的市場集中度，2019年全球前五大廠商占據(jù)了半壁江山。其中，三菱電機智能功率模塊市場份額第一。在基本穩(wěn)定的市場競爭格局下，行業(yè)馬太效應(yīng)愈發(fā)顯著，未來聚焦在頭部廠商的資源、市場爭奪戰(zhàn)將愈發(fā)激烈。

三菱電機如何保持目前市場地位并持續(xù)向上發(fā)展？宋高升認(rèn)為，先發(fā)優(yōu)勢、協(xié)同效應(yīng)、產(chǎn)業(yè)閉環(huán)將成為公司取勝的關(guān)鍵所在。

具體來看，首先是先發(fā)優(yōu)勢，上世紀(jì)90年代，三菱電機就展開了碳化硅功率半導(dǎo)體的基礎(chǔ)研究，三十年來積累了大量的工程經(jīng)驗，許多領(lǐng)先的碳化硅功率芯片和模塊技術(shù)已先后得到了商業(yè)化認(rèn)證，為下一代寬禁帶功率半導(dǎo)體的產(chǎn)業(yè)化打下了堅實的基礎(chǔ)。

其次，三菱電機本身作為一家綜合性電機和電子制造集團企業(yè)，旗下設(shè)有半導(dǎo)體、家電、工業(yè)自動化、交通、樓宇系統(tǒng)、能源系統(tǒng)等多個事業(yè)部，能夠為三菱電機半導(dǎo)體帶來協(xié)同研發(fā)、協(xié)同論證的優(yōu)勢。三菱電機功率半導(dǎo)體在開發(fā)初期就會得到集團內(nèi)其他事業(yè)部的支持，開發(fā)出來的工程樣品也可以率先在這些平行事業(yè)部中得到應(yīng)用及可靠性論證。

同時，在三菱電機半導(dǎo)體事業(yè)部內(nèi)已經(jīng)形成了從功率芯片生產(chǎn)到模塊封裝，再到產(chǎn)品測試的完善產(chǎn)業(yè)鏈，塑造了完善的產(chǎn)業(yè)閉環(huán)。

優(yōu)勢只是第一步，如何把優(yōu)勢發(fā)揮出來增強產(chǎn)品力并最終轉(zhuǎn)化為市場份額，才是制勝的關(guān)鍵。目前，三菱電機已在變頻家電、工業(yè)、新能源、電動汽車、軌道牽引及電力傳輸?shù)刃袠I(yè)實現(xiàn)深度滲透，并針對不同行業(yè)應(yīng)用推出了相應(yīng)的解決方案，全面獲取客戶的認(rèn)可及品牌忠誠度。

據(jù)悉，變頻家電行業(yè)需要封裝小、集成度高和對環(huán)境友好的功率模塊，三菱電機的功率半導(dǎo)體解決方案是雙列直插型智能功率模塊——DIPIPM和表面貼裝型智能功率模塊——SOPIPM。

工業(yè)和新能源市場需要集成度高和方便安裝的標(biāo)準(zhǔn)模塊，三菱電機的功率半導(dǎo)體解決方案是第7代IGBT模塊、第7代IPM和第2代碳化硅功率模塊。

電動汽車主驅(qū)需要高功率密度、液體冷卻和耐高溫運行的功率模塊，三菱電機的功率半導(dǎo)體解決方案是J1 A系列汽車專用IGBT模塊。

軌道牽引和電力傳輸則偏好高壓、大功率、高可靠性的功率模塊，三菱電機的功率半導(dǎo)體解決方案是最新的X系列HVIGBT、第2代混合碳化硅HVIGBT和第2代碳化硅高壓MOSFET模塊。

結(jié)語

作為功率半導(dǎo)體，其技術(shù)目標(biāo)是提高功率集成密度，減少功率損耗，因此功率半導(dǎo)體的研發(fā)重點是以提高效率、增加功能、減小體積、不斷發(fā)展新的器件理論和結(jié)構(gòu)為突口，促進各種新型器件的發(fā)明和應(yīng)用。目前，國際上在下一代功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域的熱點研究方向是器件新結(jié)構(gòu)和器件新材料。

在機器人伺服驅(qū)動器領(lǐng)域，宋高升認(rèn)為現(xiàn)在談下一代功率器件還為時尚早。不過，基于高結(jié)溫RC-IGBT的智能功率模塊和基于碳化硅MOSFET的智能功率模塊都是不錯的技術(shù)路線。

事實上，三菱電機已經(jīng)在幾年前就已完成混合碳化硅和全碳化硅智能功率模塊的開發(fā)，并在伺服驅(qū)動器上獲得成功應(yīng)用。在2020年，三菱電機已經(jīng)開始采用6英寸碳化硅晶圓技術(shù)和第2代碳化硅芯片技術(shù)。與第1代碳化硅功率模塊相比，第2代碳化硅功率模塊不僅降低了導(dǎo)通電阻，還提升了開通閾值電壓和短路能力，在優(yōu)化設(shè)計的同時，更加方便使用。

宋高升表示，未來，在性價比允許的前提下，如果客戶采用SiC MOSFET智能功率模塊開發(fā)伺服驅(qū)動器，必將進一步提升伺服驅(qū)動器和伺服電機的功率密度并節(jié)省安裝空間。

原文標(biāo)題：三菱電機半導(dǎo)體：從創(chuàng)新者到領(lǐng)導(dǎo)者

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