Fuji Electric发布新一代IGBT——在SiC主导的市场中增加"Si进化"选项
进入2020年代中期，随着硅（Si）IGBT日益被视为过时技术，Fuji Electric推出了新一代IGBT。该产品被公司定位为"第8代"，据报道在开关损耗和导通电压方面均相较上一代实现了显著改善。Fuji Electric正准备在与SiC重叠的领域展开直接竞争，例如EV逆变器和工业电源。
"为何现在选择IGBT而非SiC？"这一问题超越了简单的材料选择范畴。答案远比单个器件的性能比较更为复杂，涵盖成本结构、供应链稳定性和系统设计约束等因素。
为何IGBT仍能保持竞争力
在SiC功率半导体迅速扩张之际，IGBT凭借成本和制造基础设施优势继续维持着显著的市场份额。SiC衬底的价格是Si晶圆的数倍乃至十倍以上，其大规模生产体系仍处于发展阶段。整个行业正在向200mm晶圆过渡展开竞赛，以Mitsubishi Electric与Coherent联合开发8英寸SiC衬底为例。从制造现场的现实情况来看，Si IGBT的竞争力在这一过渡完成之前不会消减。
Fuji Electric的第8代IGBT正是针对这一"过渡期缺口"而设计的。在未来两到五年内，直到SiC真正具备成本竞争力，经过改进的Si IGBT可作为系统设计师的有力选项。Toshiba Device & Storage于2021年通过三重栅极IGBT将损耗降低高达40.5%，证明了Si技术本身的持续进化。Fuji Electric的举措似乎与这一趋势一脉相承，尽管关于第8代所采用结构改进的具体细节，目前仍需查阅技术文档加以确认。
损耗降低分解与"差异所在"
评估IGBT性能的核心指标是开关损耗（Esw）和导通电压（VCEsat）。这两者在本质上存在权衡关系：降低导通电压会减少导通损耗，但会增加开关损耗。两者之间的优先级取决于应用的工作频率和电流波形特征。
这种结构呈现出与SiC MOSFET中短路耐受时间与导通电阻权衡问题基本相同的性质。
对于SiC，各厂商已涌现出通过器件结构改进来缓解这一权衡的技术方案。针对IGBT，类似的改进方法——即载流子波形的精确控制和栅极结构的优化——被认为是第8代改进的重点。尽管Fuji Electric采用的具体结构技术需要通过数据手册和技术论文确认，但行业面临的共同挑战是"转移"这一权衡的边界。
开关损耗
高频工作期间占主导地位的损耗。其影响随逆变器工作频率的增加而增大，是EV逆变器尤为关键的指标。
导通电压（VCEsat）
额定电流下的饱和电压，决定稳态工作期间的导通损耗。与开关损耗存在权衡关系，需根据应用进行平衡选型。
短路耐受时间（SCWT）
器件能够承受过流或短路的时间。需与保护电路的响应速度协调，是系统可靠性设计的判断标准。
热阻（Rth）
表示发热倾向和散热性能。直接关系到封装和散热器设计的灵活性，是模块化设计的关键因素。
SiC与IGBT的细分界限将如何确定
"SiC还是IGBT"的讨论往往集中在性能比较上。然而，在实际设计和采购场景中，决策过程更为复杂，涉及工作频率、电源电压等级、生产规模和供应商供应稳定性等因素。
在电压等级方面，当前SiC器件的产品阵容主要集中在650V至1700V范围。例如，onsemi提供650V至1700V的SiC MOSFET、SiC二极管和SiC模块。若Fuji Electric的第8代IGBT主要瞄准相同电压段，仅基于电压范围的差异化将变得困难。取而代之，系统温度条件和保护电路设计成本有望成为决定性因素。
SiC的一个物理挑战在于其芯片尺寸更小、电流密度更高，导致温升速度相比Si器件更快。
这一特性增加了保护电路的设计负担，同时也影响栅极驱动器的选型。Si IGBT在这方面提供了更大的设计裕量，也更易于复用现有保护电路资产。将过渡到新一代IGBT视为"现有设计的延伸"而非完全重新设计的可能性，是一项重大考量——尤其对于优先控制量产过渡成本的项目而言。
Fuji Electric的定位与竞争对手动向
在日本功率半导体市场，Fuji Electric、Mitsubishi Electric和Toshiba是IGBT领域的三大主要厂商。各家公司在继续投资SiC技术的同时——例如Mitsubishi Electric通过在SiC沟槽结构中引入p型保护层来改善短路耐受能力——也持续更新其Si IGBT代数。
SiC阵营同样在完善其价值主张，以权衡改进为切入点，正如ROHM宣称其第4代SiC MOSFET同时实现了低导通电阻和高短路耐受能力。在此竞争格局下，Fuji Electric推出新一代IGBT的时机，与"在SiC确立主导地位之前巩固市场份额"的战略意图相吻合。
该图展示了基于工作频率的IGBT与SiC之间的自然细分。新一代IGBT提供的改善在20kHz以下范围最为显著，而SiC的低开关损耗在更高频率下则具有优势。按应用整理工作条件，有助于判断哪种技术更为适用。
当前在技术选型和采购中应考虑的因素
新一代IGBT的出现不会立即推翻现有的SiC转型计划，但可能促使对选项进行重新评估。对于预计在2026年至2028年之间推出产品的开发项目，如果器件选型此前仅专注于SiC，则仍有空间进行新一轮的比较考量。
从技术和采购两个角度梳理决策标准，可以归纳出以下几个层面。
工作频率与损耗的平衡
对于20kHz以下的应用，新一代IGBT的改善可能具有显著影响。对于更高频率的应用，SiC的低Esw提供了优势，因此工作频率是首要的判断节点。
保护电路设计成本
SiC的高电流密度和快速温升使DESAT保护电路的参数设计趋于复杂。现有的IGBT栅极驱动器能否复用，是过渡成本的主要分支点。
成本趋势预测
随着8英寸晶圆的采用和量产规模的扩大，SiC成本预计将持续下降，但时间表仍不确定。为未来两到三年的预计采购价格制定多种情景方案，可拓宽产品路线图选项。
随着关于Fuji Electric第8代IGBT将优先服务于哪些应用、如何设定量产时机和定价的细节逐渐明朗，SiC与IGBT的格局可能会逐步被重新绘制。与其说是"谁将获胜"的二元对立，这一阶段的实际决策标准，将是细化"在何种条件下应分别使用各自技术"这一命题。