【導(dǎo)讀】三菱電機(jī)從事SiC器件開(kāi)發(fā)和應(yīng)用研究已有近30年的歷史,從基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究到批量商業(yè)化,從2英寸、4英寸晶圓到6英寸晶圓,三菱電機(jī)一直致力于開(kāi)發(fā)和應(yīng)用高性能、高可靠性且高性?xún)r(jià)比的SiC器件,本篇章帶你了解三菱電機(jī)SiC器件發(fā)展史。
三菱電機(jī)從事SiC器件開(kāi)發(fā)和應(yīng)用研究已有近30年的歷史,從基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究到批量商業(yè)化,從2英寸、4英寸晶圓到6英寸晶圓,三菱電機(jī)一直致力于開(kāi)發(fā)和應(yīng)用高性能、高可靠性且高性?xún)r(jià)比的SiC器件,本篇章帶你了解三菱電機(jī)SiC器件發(fā)展史。
三菱電機(jī)從上世紀(jì)90年代已經(jīng)開(kāi)始啟動(dòng)SiC相關(guān)的研發(fā)工作。最初階段,SiC晶體的品質(zhì)并不理想,適合SiC的器件結(jié)構(gòu)和制造工藝仍處于探索階段,但研發(fā)人員堅(jiān)信SiC MOSFET是能夠最大限度發(fā)揮SiC材料優(yōu)異物理性能的器件,因此一直致力于相關(guān)研發(fā)。
三菱電機(jī)于2003年開(kāi)發(fā)出耐壓2kV的小芯片SiC MOSFET,并于2005年開(kāi)發(fā)出耐壓1200V、電流10A的SiC MOSFET樣片。對(duì)10A的SiC MOSFET進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性評(píng)估,結(jié)果表明,與Si IGBT相比,開(kāi)關(guān)損耗可顯著降低。隨后,三菱電機(jī)繼續(xù)開(kāi)發(fā)大電流芯片、3.3kV高耐壓芯片以及集成各種功能的SiC MOSFET器件,并將持續(xù)致力于開(kāi)發(fā)高性能、高可靠性且易于使用的SiC MOSFET器件。
三菱電機(jī)集團(tuán)內(nèi)部擁有器件開(kāi)發(fā)、電力電子應(yīng)用開(kāi)發(fā)和系統(tǒng)開(kāi)發(fā)等部門(mén)。利用這一優(yōu)勢(shì),三菱電機(jī)在開(kāi)發(fā)SiC芯片的同時(shí),也率先著手開(kāi)發(fā)SiC MOSFET逆變器。2007年,制造了應(yīng)用SiC MOSFET的3.7kW逆變器,結(jié)果顯示可將逆變器損耗降低50%。2009年,制造出了11kW和20kW逆變器,根據(jù)驅(qū)動(dòng)條件的不同,逆變器損耗可降低70-90%。這一時(shí)期,SiC晶圓的品質(zhì)得到加速改善,SiC工藝相關(guān)技術(shù)知識(shí)也在不斷積累,大家對(duì)SiC功率器件的實(shí)際期望也在不斷提高。然而,由于擔(dān)心柵極氧化膜的可靠性,一些制造商對(duì)SiC MOSFET仍持懷疑態(tài)度。
圖1:開(kāi)發(fā)初期,三菱電機(jī)制造的SiC MOSFET芯片
圖2:11kW Si和SiC逆變器尺寸對(duì)比
圖3:SiC逆變器驅(qū)動(dòng)電機(jī)的試驗(yàn)平臺(tái)
三菱電機(jī)很早就開(kāi)始著手SiC器件應(yīng)用的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。2010年,三菱電機(jī)率先將采用SiC SBD的混合DIPIPM?應(yīng)用到空調(diào)產(chǎn)品中并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化。2011年,開(kāi)發(fā)出1200A/1700V的大功率混合SiC模塊,并將其應(yīng)用于地鐵的主逆變器中。關(guān)于SiC MOSFET,三菱電機(jī)于2013年將3.3kV全SiC模塊成功應(yīng)用于軌道車(chē)輛主逆變器中,并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化。3.3kV全SiC模塊已應(yīng)用于包括高速列車(chē)在內(nèi)的眾多軌道車(chē)輛主逆變器中,并已投入商業(yè)化運(yùn)營(yíng)。此外,三菱電機(jī)分別于2015年和2016年,將SiC MOSFET成功應(yīng)用到工業(yè)用IPM和家電用DIPIPM?中,實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品化,有助于降低系統(tǒng)的損耗。尤其是SiC MOSFET在軌道車(chē)輛主逆變器中的應(yīng)用,對(duì)行業(yè)產(chǎn)生了巨大影響,并加速了SiC MOSFET的產(chǎn)品化和普及。
圖4:三菱電機(jī)SiC模塊發(fā)展路線(xiàn)圖
圖5:三菱電機(jī)3.3kV/750A全SiC模塊
圖6:工業(yè)用600A/1200V、1700V全SiC模塊
圖7:家電用15A、25A/600V全SiC DIPIPM?
關(guān)于三菱電機(jī)SiC器件的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)線(xiàn),三菱電機(jī)于2000年建立了2英寸和3英寸的生產(chǎn)線(xiàn),在2009年建立了4英寸生產(chǎn)線(xiàn)并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品化。在2010年代后期,建立了6英寸生產(chǎn)線(xiàn),也是目前的主要生產(chǎn)線(xiàn)。未來(lái),晶圓供應(yīng)商和設(shè)備制造商都希望轉(zhuǎn)向8英寸晶圓生產(chǎn)線(xiàn),三菱電機(jī)也正在開(kāi)發(fā)8英寸生產(chǎn)線(xiàn),計(jì)劃于2026年開(kāi)始運(yùn)行。今后,隨著SiC器件在電動(dòng)汽車(chē)、新能源等市場(chǎng)領(lǐng)域的大幅擴(kuò)大,8英寸生產(chǎn)線(xiàn)的投入將有望大幅降低成本、提高生產(chǎn)效率。
文章來(lái)源:三菱電機(jī)半導(dǎo)體
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