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东芝于2023年5月24日在网上举行了说明会，说明了包括SiC（碳化硅）在内的功率半导体和电机控制IC等车载半导体领域的重点领域相关技术动向。
东芝的半导体事业（设备&存储解决方案部门）是一项核心业务，2022财年的全年销售额为7971亿日元，约占东芝总销售额（3兆3617亿日元）的24%。在车载半导体领域，为了实现逆变器、电池管理系统、电机控制等的省电化/高效率化，东芝正在推进功率半导体、电机驱动器、车载光电耦合器、桥式IC、精细陶瓷等开发。此次，东芝器件&存储产品部半导体应用技术中心汽车解决方案应用技术部高级经理来岛正一郎先生特别介绍了功率半导体和电机控制IC的技术趋势。
01、最致力于硅MOSFET ， 扩大12英寸晶圆工厂
该公司的功率半导体事业以硅MOSFET为最主要事业，以低耐压MOSFET为中心，并正在向汽车、工业和服务器应用等高增长市场推出高性能、高质量的产品，并进一步推进12英寸晶圆工厂的建立来扩大其生产能力。同时，作为一个新的扩大领域，以SiC（碳化硅）为中心的宽禁带（WBG）功率半导体也在面向车载、服务器/通信电源、再生能源和工业设备进行开发。目前，SiC-MOSFET和肖特基势垒二极管（SBD）提供第三代产品，GaN（氮化镓）功率半导体也计划在2024年开始提供。另外，硅IGBT等"传统领域"也将继续为规模较大的市场提供。
东芝的功率半导体事业战略，来源:东芝软元件&存储
车载功率半导体以车型的电动化/电气化为背景，正在持续扩大市场。来岛先生强调了公司对这两种产品的关注，预计到2030年低压MOSFET和SiC产品将各占汽车功率器件市场的30%左右，并会迅速扩大。此外，由于ECU（电子控制单元）安装数量的增加，每辆车安装的MOSFET数量将从2020年的169个增加到2023年的267个，约为1.6倍。因此，"MOSFET作为支持汽车电气化技术变革的器件，其重要性正在增加"。
该公司的车载低压功率MOSFET正在提供40V系列的第9代产品，100V系列的第9~10代产品。该产品以低导通电阻/开关损耗为特点，与第8代产品相比，第9代产品的导通电阻降低了15%（与100V产品相比）。该公司为了将产品数量（包装及特性规格）加倍，在强化产品开发的同时，通过扩大300mm晶圆工艺和扩建泰国工厂进行后端制造来扩大产能。
上=车载功率MOSFET（40~100V）路线图/下=车载硅IGBT和SiC MOSFET路线图
来源:东芝设备&存储
至于硅IGBT，除了用于逆变器的750V/1200V产品外，我们目前还提供集成IGBT和二极管的第一代产品。预计2025年以后将开始提供量产为300mm的一体型第二代产品。
该公司从2022年12月开始，一直在加贺东芝电子公司的现有建筑中使用12英寸晶圆兼容生产线进行生产，同时还在建设一条新的12英寸生产线。新建筑的第一阶段计划在2024财政年度期间投入使用，第二阶段计划在之后进行。最终，该公司计划将其生产能力比2021财政年度增加3.5倍。
加贺东芝电子公司的300mm晶片对应生产线建设计划，来源:东芝设备&存储
02、低耐压功率 MOSFET 的开发动向
从该公司的低耐压功率MOSFET"U-MOS系列"的基准来看，通过微细化和单元设计优化，不仅与前代产品相比，与竞争产品相比也实现了较高的性能，该公司决定在第11代产品中，通过单元设计进一步优化来提高性能。
上和中间=低耐压功率MOSFET的特点/下=低耐压功率MOSFET的基准，来源:东芝设备&存储
下图为车载用40V、80V、100V产品的开发路线图。据该公司称，与网上公布的100V MOSFET 竞争产品相比，2022 年开始量产的 100V 第 10 代产品实现了最低的导通电阻（根据公司研究），我们加速将此基本技术应用于计划于 2025 年提供的 40V 产品来降低产品的导通电阻。
面向车载的低耐压功率MOSFET的开发动向，来源:东芝软元件&存储
另外，该公司还在开发低电阻封装，以应对芯片的高电流和低导通电阻。该公司已经发展了铜制连接器结构，并开发了具有 "铜夹结构（内部无柱结构）"的S-TOGL和L-TOGL封装，该结构整合了封装和连接器之间的连接，传统上是焊接在一起。改进后的电流密度使得在相同的贴装面积下可以处理更高的电流，同时在相同的电流下可以显著减少贴装面积。
软件包开发路线图，来源:东芝设备&存储
03、车载SiC MOSFET的开发动向
关于SiC设备，该公司首先开始生产用于铁路的SiC MOSFET模块，其耐压为3300V，通过SiC降低了功率损耗和小型化（与IGBT模块相比），从2022年8月起开始批量生产650V和1200V SiC 基于相同技术的工业应用的MOSFET已于2022年8月开始量产。未来，该公司计划在汽车领域进一步发展这项技术，从2024年起，通过引入沟槽结构，具有高性能和降低功率损耗的高质量/高可靠性器件将被部署在车载充电器中，以后还将用于变频器。
东芝的SiC产品。以面向铁路的技术为基础 ， 扩展到车载 ， 来源: 东芝软元件&存储
公司目前正在批量生产第三代SiC MOSFET。该产品与前代产品相比，除了将显示开关特性的性能指数Ron*Qgd削减80%外，还采用了将SBD与PN二极管并联配置的built-in SBD结构。当二极管通电时，主要通过SBD电流流过，因此可以抑制使SiC晶体劣化的二极管电流，提高器件的可靠性。
第3代SiC MOSFET的特点，来源:东芝设备&存储
04、将微型计算机和电机控制驱动器一体化
电机控制IC方面，正在开发SmartMCD，这是一种用于车载电机控制的LSI，集成了电机控制驱动器（MCD）和微控制器，以满足对更紧凑和更复杂的产品日益增长的需求。该产品适用于40V耐压左右的功率器件，目标应用产品为泵类和风扇类等。预定在2023年底至~2024年之间发布。
SmartMCD通过将微机及其外围设备（栅极驱动器、电源、无传感器控制）整合为一个芯片，实现了系统的小型化和部件数量减少。另外，通过微型计算机的控制和可编程电机驱动器的组合，可以对各种应用程序进行高效的电机控制。预计今后汽车的E/E体系结构将向区域型转变。
SmartMCD 概述。从左到右：系统小型化、矢量引擎、软件开发环境，来源:东芝设备&存储
此外，对于某些产品，矢量控制引擎进一步降低了CPU的负荷，有助于降低功耗。SmartMCD是一个位于CPU和硬件之间的产品，"来岛先生说。该公司计划在其越野引擎中提供基于自己算法的矢量控制模型。它还将提供自动源代码生成工具，以减少软件开发的负担。
该公司还提供Accu-ROM，这是一种热/噪声仿真技术，可以减少验证车载功率半导体运行的时间，使用这项技术，可以在大约 3 小时 30 分钟内完成对车载半导体的热量和 EMI 噪声的模拟，而使用传统技术需要大约 33 个小时。Accu-ROM 被集成到 Ansys 的仿真工具“TwinBuilder”中，使东芝的产品能够得到验证。
车载用功率半导体的热/噪声模拟技术"Accu-ROM"，来源:东芝软元件&存储
