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    三菱电机:匠心独具 打造功率半导体行?#24608;?#26679;本”

    作者:时间:2019-07-04来源:电子产品世界收藏

    “从未对创新懈怠,保持着一贯的技术迭代步伐。”这是在60余年的漫长征程里彰显出来的企业气质。这家世界500强企业,始终保持着一颗低姿态、高标准、严要求的匠人心态,努力用产品说话。

    本文引用地址:http://www.9113521.com/article/201907/402323.htm

    作为现代功率半导体器件的开拓者,自1921年以来,围绕着变?#23548;?#30005;、工?#24608;?a class="contentlabel" href="http://www.9113521.com/news/listbylabel/label/新能源">新能源、轨道牵引、电动汽车五大应用领域,以产品研发与技术创新为初心,三菱电机持续地推出一代又一代性能更优、性价比更高的产品。如今,三菱电机研发推出的DIPIPMTM已成为变?#23548;?#30005;领域不可或缺重要组成部分,而?#31227;?#39640;速机车用HVIGBT模块也早已成为行?#30340;?#35748;的标准。

    过去一年,在推出新品和产品迭代的基础上,三菱电机产品线更加全面。在发电特别是光伏、风力发电领域,三菱电机在2018年顺利推出基于LV100封装的新型IGBT模块。通过不断改善芯片技术,在轨道牵引应用领域,X系列HVIGBT不仅拓宽了安全工作区域度,提升了电流密度,而?#20197;?#24378;了抗湿度和抗凝露鲁棒性,从而进一步提高了牵引变流器现场运行的可靠性。而在电动汽车领域,直接水冷型J1系列Pin-fin模块凭借封装小、内部杂散电感低的独特性能,获得了市场青睐。

    6月26日,PCIM亚洲展2019在上海世博展览馆隆重举行,以其六十多年的技术经验和积淀为我们带来全新的技术盛宴。在此次展会上,三菱电机带来了19款功率模块并重点展示了表面贴装型IPM、大型、X系列HVIGBT、和SiC MOSFET分立器件、全SiC高压模块5款新型功率模块。其中SiC  MOSFET分立器件和全SiC高压模块是国内首次展出。

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    媒体发布会现场

    在媒体发布会上,三菱电机就最新的Si功率芯片、SiC功率芯片技术,面向家电、汽?#24608;?#29301;引和工业应用的新型功率模块,以及下一代产品布局进行了全面的阐述。

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    三菱电机媒体发布会记者问答环节

    拳头产品持续引领行业方向

    目前,国家对于家电变频化率要求越来越高,变?#23548;?#30005;市场份额也在快速增长,对处在变?#23548;?#30005;产业链上游的功率半导体企业来说,?#27493;?#36814;来一个全新的市场机遇期。

    “可以说,三菱电机在家电领域已经是领导者,为了持续保持领先地位,三菱电机根据不同产品的细化提供更多的产品线迎合客户的要求。” 三菱电机半导体事业本部首席技术官Dr.Gourab  Majumdar说,通过“做小”产品和“做大”功率两个方向的延伸,三菱电机将进一步巩固自身在IPM及DIPIPMTM制造的经验。

    据悉,三菱电机进攻小功率变频市场主要是为了开拓以空调风机、冰箱和洗碗机等家电新消费领域。去年,针对这一领域,三菱电机展出了用于变?#23548;?#30005;的小型封装SLIMDIP-S/SLIMDIP-L,今年,三菱电机展出了更小封装的表面贴装型IPM,该产品采用RC-IGBT芯片实现更高的集成度,采用贴片封装,使得IPM体积更小;内置全面保护功能(包括短路/?#36153;?过温保护),可采用回流焊来降低生产成本。

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    表面贴装型IPM

    现在很多变频空调在压缩机驱动上用了三菱的DIPIPMTM,在风机驱动上应用比较少,所以通过导入原有客户,三菱电机可以进一步扩展产品应用。目前,三菱电机这种新型的表面贴装型IPM已经在家电市场中获得客户认可。

    为了?#35270;?#21464;频市场高可靠性、低成本、小型化等的应用需求,三菱电机于上世纪开发了双列直插型智能功率模块——DIPIPMTM系列产品。DIPIPMTM通过内置HVIC,使其外围电路变得更加简单紧凑,节约了用户成本。从1997年正式推出DIPIPMTM到2019年1月,三菱电机DIPIPMTM产品已累?#21697;?#36135;超过6.5亿片。

    针对商用空调多联机,三菱电机将会推广大型系列产品。今年,三菱电机大型模块即将量产,额定电流覆盖更广。大型DIPIPM+TM模块具?#22411;?#25972;集成整流桥、逆变桥以及相应的驱动保护电路,该产品采用第7代CSTBTTM硅片,内置短路保护和?#36153;?#20445;护功能以及温度模拟量输出功能和自举二极管(BSD)及自举限流电阻,额定电流覆盖50~100A/1200V,可以简化PCB布线设计,缩小基板面积。

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    大型DIPIPM+

    DIPIPM+TM将DIPIPMTM系列产品的应用领域拓展至更高功率密度的交流传动上,可靠性进一步提高,失效率大幅降低,减少了工程师开发产品的周期。三菱电机半导体大中国区技术总监宋高升进一步解释,因为集成了相关的周边器件,使得客户可以将电路板做得更加简化,围绕功率模块的周边器件数量减少。

    成为车用功率模块标杆

    在三菱电机半导体大中国区市场总监钱宇峰看来,电动车作为城市环保的主力军,未来发展空间巨大。尽管现在汽?#32479;?#36830;续几个月出现负增长,但是电动车的市场?#36234;?#34028;勃发展。据相关机构预测,2019年,整个电动汽车销量将达到150万台,到2020年,将达到500万台。而三菱在电动车领域,目前主推J1系列产品,已涵盖650V/300A~1000A、1200V/300A~600A的容量范围,基本上可满足30kW~150kW的电驱动峰值功率的应用要求。

    Dr.Gourab  Majumdar表示,从最开始跟一些日系的车厂开发到现在,在车主驱驱动上,三菱电机已经拥有20多年的经验积累。最新J1系列功率模块实现了散热器和功率模块二合一,目前下一代具?#25032;?#39640;性价比的产品已经正在研发。

    在轨道牵引行业,三菱电机的HVIGBT模块已得到在全球轨道及交通市场的广泛认可,成为行?#30340;?#35748;的标准。2019年,针对轨道牵引、电力传输和高可靠性变流器等应用领域,三菱电机半导体将会推广功率密度更高的X系列HVIGBT,涵盖传统封装、 LV100封装(6kV绝?#30340;?#21387;)、HV100封装(10kV绝?#30340;?#21387;)三?#22336;?#35013;模式。

    X系列HVIGBT进一步扩展3.3kV/4.5kV/6.5kV的电流等级,实现更大电流密度,该产品采用第7代CSTBTTM硅片技术和RFC二极管硅片技术,能够降低功率损?#27169;?#27492;外,该产品采用LNFLR技术减小结-壳热阻,全系?#24615;?#34892;结?#36335;?#22260;达到-50℃~150℃,安全工作区(SOA)裕量大,且无Snap-off反向?#25351;础?/p>

    通过优化封装内部结构,X系列HVIGBT提高散热性、耐湿性和阻燃性,延长产品寿命。该系列采用传统封装,可兼容现有H系列和R系列HVIGBT,其中,LV100和HV100封装,交直流分开的主端子布局,利于并联应用;LV100和HV100封装,全新的封装结构,实现极低内部杂散电感。

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    传统封装

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    LV100封装(6kV绝?#30340;?#21387;)

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    HV100封装(10kV绝?#30340;?#21387;)

    抢占SiC市场制高点

    SiC功率模块由于?#24515;?#39640;?#38534;?#20302;功耗和高可靠性的特点,可以拓展更多应用领域。对于以后开拓新市场来说,SiC是最好的选择。毋庸置疑的是,SiC已经成为各企业争相布局的下一个制高点。

    据权威机构预测,到2023年SiC功率市场总值将超过14亿美元,2017年至2023年的复合年增长率(CAGR)将达到29%。目前,SiC功率市场仍然主要受功率因数校正(PFC)和光伏(PV)应用中使用的二极管驱动。预计五年内,驱动SiC器件市场增长的主要因素将是MOSFET,该细?#36136;?#22330;在2017~2023年期间的复合年增长率将达到惊人的50%。

    三菱电机是将SiC技术应用于功率模块的先驱之一,已经发布了近三十款SiC功率模块,包括Hybrid-SiC-IGBT模块、Hybrid-SiC-IPM、Full-SiC-MOSFET模块和Full-SiC-IPM等。其SiC功率模块产品线涵?#23884;?#23450;电流15A~1200A及额定电压600V~3300V,目前均?#21830;?#20379;样品。

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    三菱电机半导体展台现场

    此次国内首次展出的全SiC高压半桥模块(3.3kV/750A)也备受关注,其内部包含SiC MOSFET及反并联SiC肖特基二极管(SBD)。为了降低模块封装内部电感(<10 nH)和提高并联芯片之间的均流效果,这款模块采用了一?#30452;?#31216;为LV100全新的封装,采用交直流分开的主端子布局,利于并联应用并实现极低内部杂散电感。

    “这款前沿产品,必将推动国内铁道牵引、电力传输和固态变压器领域新一轮高功率密度变换器的研究和开发。” 在此前接受采访?#20445;?#19977;菱电机半导体大中国区技术总监宋高升?#24608;?/p>

    早在2013年,三菱电机供轨道交通车辆使用、搭载3.3kV的全SiC功率模块便已经实现了商业化,其后,三菱电机一直坚持致力于推广更节能的SiC功率模块以逐步取代传统的Si功率模块。与Si-IGBT模块相比,FMF750DC-66A具?#25032;?#20302;的开关损?#27169;?#20854;Eon相对降低了61%,Eoff则相对减小了95%。

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    FMF750DC-66A

    在车载充电器(OBC)、PFC、光伏发电应用领域,SiC SBD和SiC MOSFET两款分立器件产品同样值得期待。目前,电动汽车市场需求与日俱增,而通常所说的电动汽车包括电动乘用车和电动大巴。电动乘用车里多个地方需要用到功率器件,包括主驱变频器、OBC、助力转向等。三菱电机正在电动乘用车和电动大巴这两大市场同时发力,以进一步拓展功率器件的应用领域。

    SiC SBD正向压降低,具?#25032;?#39640;I2t,对抗浪涌电流?#25032;?#24378;的能力;此外,该产品还具?#25032;?#24378;的高频开关特性,可以使周边器件小型化(如电抗器),可应用于车载电子产品。

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    而SiC MOSFET采用第2代SiC工艺,沟槽栅型结构,具有低Ron和低反向?#25351;此鷙模?#36866;合更高开关频率,既可应用于于工?#23548;?#20135;品,?#37096;?#24212;用于车载级产品。

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    未来,三菱电机将基于第2代沟槽型SiC-MOSFET芯片(6英寸)的SiC功率模块实现可批量生产,并逐步完善600V、1200V、1700V系列。与此同?#20445;?#23558;应用SBD嵌入式平板型SiC芯片技术开发新一代3.3kV和6.5kV高压SiC-MOSFET模块。

    2019年,大功率的半导体器件都处于缺货的状态,交货很紧。对于此, Dr. Gourab Majumdar表示,三菱电机除了自?#21644;?#20135;建立晶圆厂之外,也正在?#24050;?#19968;些代工厂帮助其加工一些晶圆的工序,保证持续稳定的供货。?#29575;?#19978;,与2016年、2017年相比较,2019年三菱电机的投?#24335;?#39069;增长了2倍,对于未来的扩产计划,Dr.Gourab Majumdar很?#34892;?#24515;。

    在2018年度,三菱电机以位于日本熊本和中国的主力工厂为中心进行了投资。计划到2022年度,以功率半导体为中心的功率器件业务力争实现2000亿日元销售。

    顺应IGBT的发展趋势,从第一代IGBT?#38477;?#19971;代IGBT,三菱电机不断推陈出新,晶圆越来越薄,栅极与栅极之间距离越来越近,产品越来越小型化,实现小封装大电流产品的提升。Dr.Gourab  Majumdar称三菱电机下一代超级薄的晶圆会?#30740;?#33021;指数调整得更高。

    以“信?#24608;?#36136;量、技术、贡献、?#22336;ā?#29615;?#22330;?#21457;展”为行动方针,以“Changes for the  Better”为企业宣?#35029;?#20197;持续不?#31995;?#21019;新精神为驱动力,通过技术赋能,用产品说话,成就了三菱电机在功率半导体市场的领先地位。



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