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三菱电机:技术标杆,如何领势先行?

发布日期:2019-06-04 浏览次数:11841 来源:变频器世界 作者:余非
         踏入日本国土,让人印象深刻的不仅仅是一尘不染的街道、干净整洁的城市、彬彬有礼的行人,你还会发现宫崎骏的系列动画中那些风景如画的美好景象全部可以在当地的城市或乡村找到原型,可见日本对环保的重视程度。


         显然,这些外在的浮光掠影无法表达这个国家在其他领域的瞩世成就。日本在超导技术、材料技术、化学、汽车、半导体、家用电器、通信等高精尖领域同样领先世界,当然在这里还诞生了拥有近百年历史的全球领先的技术型品牌企业——三菱电机


         自1921年以来,三菱电机从三菱重工分离出来,便一直走在技术创新与产品改革的前沿,以“精于节能,尽心环保”的企业使命致力于推动功率半导体技术的永续发展与长足进步。凭借在半导体领域的技术成就,三菱电机连续多年跻身世界500强排行榜。在2018年,三菱电机名列榜单279位。如今,凭借强大的制造实力和良好的企业信誉,三菱电机已在全球的电力设备、通信设备、工业自动化、新能源风电、变频家电等领域占据着极其重要的市场地位。



         尤其值得提及的是,三菱电机研发推出的DIPIPMTM已成为变频家电领域不可或缺的重要组成部分,而且其高速机车用HVIGBT模块也早已成为行业默认的标准。随着功率半导体技术的不断发展,半导体应用领域的边界也在不断延伸,为更进一步了解功率半导体在新技术、新材料快速迭代的背景下,作为技术标杆,三菱电机如何在新应用、新市场的浪潮下继续前行?对此,我们特别采访了三菱电机大中国区技术总监宋高升(以下取业界爱称“宋老师”)与三菱电机大中国区市场总监钱宇峰。


         变频家电,爆发前的蛰伏蓄势


         根据统计局数据统计,从家电消费总量上看,中国现在已成为世界上最大的家电生产和销售大国。2017年,空调、冰箱、洗衣机、平板电视的内销量接近2.3亿台,销售额接近8000亿元。从结构上看,绿色、高效、智能家电产品的市场占比现在还不高,与国外发达国家依然存在一定差距。以空调为例,2017年销售的家用空调当中,智能、舒适的一级能效变频空调比例依然比较低。


         而早在今年1月8日,国家发改委副主任宁吉喆就对外宣称今年将出台促进汽车、家电等热点产品消费的措施。果不其然,2019年1月28日,国家发改委等十部门联合印发《进一步优化推动消费平稳长促进形成强大国内市场的实施方案(2019年)》(简称《方案》)。《方案》指出,以新品消费打造高品质消费的“增量”,重点考虑“支持绿色智能家电销售,积极推行绿色智能家电高端品质认证,支持有条件的地方对消费者销售旧家电并购买新家电产品,给予适当补贴。


         国家层面对绿色、高品质家电消费的积极支持,将会促使变频家电产业链形成一个新的增长周期。对处在变频家电产业链上游的功率半导体企业来说,它们也将迎来一个全新的市场机遇期。作为变频家电功率半导体领域的绝对领先者,三菱电机半导体大中国区的市场总监钱宇峰对此同样表示,未来中国变频家电存在巨大的升级换代市场需求,而且随着新能效标准的出台,以变频空调、洗衣机、冰箱,以及空调风机、洗碗机等为代表的家电消费下一个窗口期已经开启。

4月25日,在三菱电机功率模块技术研讨会期间,三菱电机大中国区技术总监宋高升接受本刊专访。


         在变频家电领域,面向变频冰箱、空调、洗衣机和风机驱动等应用场景,三菱电机采用压注模封装的智能功率模块(IPM)——DIPIPMTM 系列产品在全球变频家电市场长盛不衰。由此依托强大的产品实力与技术优势,三菱电机对抓住家电消费绿色升级的窗口期必然胸有成竹。

 
         “三菱电机是IPM的首创者,在1986年最先实现了IPM产品化。至今,IPM已成功接受了33年的市场考验,积累了丰富的应用经验。” 根据宋老师介绍,当前正在推广的第七代IPM模块搭载了最新的第七代IGBT芯片,采用超薄晶圆,以及超细线宽。第七代IPM模块在技术创新方面有三大突破点,首先通过内部集成驱动IC,调整驱动电流以改变不同负载电流下的dv/dt,易于系统EMI设计;同时配合优化的驱动IC,可以辨识故障类型,方便系统设计和调试;采用SLC一体化封装技术,有效提升模块寿命和可靠性。此外,第七代IPM可以提供四种不同封装,可以满足高端工业驱动不同功率等级的需求。


         根据权威机构最新统计数据,截止到2017年年底,三菱电机的智能功率模块IPM的全球市场份额已达到39.9%。而在去年9月1日,三菱电机面向市场推出的表面贴装型智能功率模块IPM,以高性能与高可靠性为特色,这也将会再一次稳固三菱电机功率模块产品在变频家电领域的领先地位。



         与此同时,采用压注模封装的DIPIPMTM 是三菱电机产品谱系中不可忽视的王牌产品。为了节约用户成本,DIPIPMTM通过内置了HVIC,使其外围电路变得更加简单紧凑。


         技术的不断演进为产品的迭代创新注入了源源不断的力量。发展至现在,DIPIPMTM 已有五大系列产品,包括从SLIMDIPTM、超小型DIPIPMTM、小型DIPIPMTM、大型DIPIPMTM、DIPIPM+TM到最新开发的表面贴装型IPM,现已广泛应用于变频家电、小功率变频器、工业伺服驱动器等应用场景中。DIPIPMTM系列产品从1997年开始上市,截止到2019年3月,三菱电机的DIPIPMTM产品全球累计发货量已接近7亿片。


         “在驱动电力电子行业发展进步的过程中,IPM和DIPIPMTM所代表的领先技术为变频家电与工业领域的中小功率变频驱动提供高了可靠性保障。”基于三菱电机在功率半导体领域做出的长足贡献,宋老师第一次给出了最直白有力的回应。


         当前针对促进家电消费升级具体实施举措,国家发展改革委综合司巡视员刘宇南表示,参照国家发改委、财政部曾经实施的“节能产品惠民工程”,采用财政补贴等方式推广高效节能智能产品,对购买一级能效的变频空调、冰箱、滚筒洗衣机、平板电视等产品的消费者给予适当补贴。若该政策在全国推广,在2019年至2021年期间,预计就可以增加1.5亿台高效节能智能家电的销售,拉动消费约7000亿元,全生命周期节电大概是800亿千瓦时。


         照此分析来看,变频家电消费市场的新增长潜力正蓄势待发。在爆发前,三菱电机在变频家电领域的标杆地位注定会再次放大。

电动时代,探寻“新蓝海”


4月25日,在三菱电机功率模块技术研讨会期间,
三菱电机大中国区市场总监钱宇峰与三菱电机大中国区技术总监宋高升一同接受本刊专访。

 

         在政策与市场的共同推动下,中国新能源汽车市场一路保持高速增长。在此背景下,积极抢占汽车电子市场份额,使得国外各大功率半导体厂商在中国市场之间的竞争也日渐激烈。


         问及三菱电机对中国新能源汽车市场的发展规划,钱宇峰透露,自中国新能源车推广以来,三菱电机半导体一直十分关注新能源汽车市场。目前,三菱半导体更加注重开拓电动大巴与电动乘用车两大市场布局。


         其中,针对电动大巴的主驱逆变器,三菱电机计划适时地推出以工业级IGBT模块以满足用户对价格的严苛需求,当前以1200V/450A – 800A 的功率等级为主要用户对象。另外,针对电动乘用车市场的主驱逆变器,为满足客户对高可靠性需求,目前主要推广T-PM 以及 J1 两大汽车级IGBT模块,两大系列可以覆盖电压等级650 – 1200V ,电流等级 300A -1000A 的功率段,基本覆盖市面上绝大多数的纯电动以及插电混动车型的主驱动逆变器的需求,涵盖细分车型从A0到B级的SUV与轿车车型。


         IGBT模块是新能源电机驱动部分最核心的元件,约占电机驱动系统成本的一半,不仅电机驱动需要IGBT,新能源的发电与空调部分也需要IGBT。除了新能源车,直流充电桩与轨道交通(地铁、高铁)的核心器件也需要IGBT模块。由此可见,IGBT模块对新能源车的重要意义不言而喻。


         在轨道牵引行业,三菱电机的HVIGBT早已成为行业默认的标准。不仅中国的电力机车和高速动车大量采用三菱电机的HVIGBT模块,同时欧洲的阿尔斯通、西门子、庞巴迪也大量采用三菱电机的HVIGBT。因而在满足新能源车对高可靠、长寿命、高功率密度、高品质的性能要求方面,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。


         2018年中国新能源汽车销量接近126万辆,同比增长61.7%。在4月23日国务院新闻办发布会上,工信部发言人表示,预计2019年新能源汽车产量会超过150万辆,政府将从坚持创新驱动、加快充电设施建设、完善扶持政策、健全体制机制等四方面继续推动新能源汽车市场发展。基于政府对新能源市场积极培育,以及立足中国新能源车的长远发展,钱宇峰也透露了三菱电机在中国市场的发展规划,将新能源业务提高到与变频家电、轨道牵引同等重要的战略位置,甚至是更加突出的中心战略地位。


         在钱宇峰看来,三菱电机取得在车用功率模块的市场领先地位只是时间问题。一方面,面向新能源车用功率模块,三菱电机推出了丰富的针对电动车用标准功率模块系列,产品涵盖空调逆变器用DIPIPMTM、车载充电器用SiC分立器件,及车载主驱逆变器用J1系列功率模块等。以J1系列功率模块为例,针对纯电动、插电式混动、普通混动等细分车型,J1系列产品线覆盖650V至1200V不同电压等级,适合于小、中、大三类不同功率等级的新能源车用场景。


         另一方面,三菱电机早已具备在电动车应用领域成熟的市场经验与技术优势。全球领先的某日本汽车厂商就是三菱电机长期的合作伙伴,早在90年代通过第一代混动汽车正式拉开了新能源汽车大门序幕,到现在该公司在混动、纯电动等领域已成为新能源车的先锋。不可否认,三菱电机是日本混动/纯电动汽车产业背后重要的“隐形功臣”。


         2017年,电动汽车用功率模块市场规模为34亿美元,Yole预计2023年将达到52亿美元,较2017年增长50%。“一花独放不是春”,在中国新能源车市场真正渐成蓝海之际,三菱电机也在等待越来越多的功率半导体厂商加入,期待在“百花齐放”的车用功率模块市场又一次迎来属于自己的高光时刻。


 SiC制造点,采撷皇冠上的明珠


         
         三菱电机株式会社采用全SiC功率模块与高密度封装技术,领先开发出了世界上体积最最小的功率组件,以及新开发的高功率密度电机,可达到世界最高功率密度。

 

         由于SiC具有高耐压、低损耗、高效率等特性,它在击穿场强、热导率、饱和电子速率等方面相比于Si材料有着绝对的优势,可以让功率器件突破硅的限制,带来更好的导电性和电力性能。这些性能的提高,与当前市场热门的汽车电子、工业自动化,以及新能源等领域的需求相契合。因而,国内外各大半导体厂商在SiC领域展开了积极角逐。


         在采访中,宋老师讲述了三菱电机从事SiC功率模块研发的近30年历史。耕耘至今,三菱电机拥有从600V到6500V电压等级的SiC功率模块技术,其中600V~3300V的SiC功率模块已经通过商业化实践。


         基于当前SiC模块材料成本高昂,以及原料晶圆品质不稳定带来的供应限制,SiC市场格局基本是寡头林立。尤其在高压领域,三菱电机已经占据市场制高点。钱宇峰表示,希望有更多的半导体厂商进入高压领域,一起推动SiC在高压领域的应用,当前三菱电机的SiC功率模块覆盖了新能源发电、新能源汽车、轨道交通及智能电网等领域。


         宋老师在三菱电机SiC短期计划中提到,三菱电机将基于第2代平板型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、3300V系列。与此同时,将应用SBD嵌入式平板型SiC芯片技术开发新一代高压SiC-MOSFET模块,应用第三代沟槽型SiC芯片技术开发低压SiC-MOSFET模块并实施商业化。


         “除了主驱逆变器,三菱电机也将积极满足电动车上的其他Si和SiC模块的功率器件需求。 比如,AC-DC,DC-DC,OBC,车载变频空调逆变器等功能模块。”钱宇峰补充道,考虑成本的优越性,三菱电机正在积极推广SiC功率器件在新能源领域的应用, 当前SiC功率半导体的目标市场集中在纯电动 、混合动力车、燃料电池等电动车,同时延伸至充电电源、轨道交通等领域。


         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。


         在半导体领域,三菱电机将继续以产品研发与技术创新为初心,持续地推出一代又一代性能更优、性价比更高的产品。在迈向未来的新赛道上,三菱电机也在以更加积极的行动,丰富着外界对细节控、偏执狂,执着、永不言弃的“日本企业印象”认知的新起点。

 

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