逛进博会东芝展位：有种改良版IGBT，12寸晶圆扩产在即

今年进博会的装备技术展区，充斥着“减碳”“节能”“绿色能源”之类的宣传标语，似乎是从上游材料、装备供应商，中游的芯片、器件供应商，到下游模组、终端产品供应商，都在强调这样的主题。可见双碳本质上还不光是战略，也是营收增长点。

在这一主题的展现上，东芝大概是进博会现场最不遗余力的参展商之一了。从氢能、二氧化碳分离回收技术，到SCiB锂离子电池，以及半导体相关的IEGT和碳化硅器件，乃至能源管理方案，都在述说东芝于双碳目标建设的参与度。

从东芝2022年报（截至2022年3月31日）来看，东芝这家公司超过一半的净销售额（net sales）还是来自日本本土（1.7655万亿日元），所以东芝日常面向中国国内媒体发布消息并不频繁。不过其海外市场营收近些年也在增长（1.5715万亿日元），尤其亚洲市场的增长速度还是比较快。

东芝电子元件（上海）有限公司分立器件战略业务企划统括部经理苗汉洁在接受采访时就提到，如东芝功率器件的汽车市场，大概90%都集中在日本，“后面我们会加强日本以外市场的推广力度”。我们认为，这大约也会是整个东芝的大方向。

未来预计会大力发展海外市场

此前我们对东芝这家公司的了解并不算多，所以首先还是来看看这家企业的大致构成。2022财年，东芝全年营收（净销售额）3.3370万亿日元（约合273.52亿美元），相比2021财年增长9.25%；营业收入（Operating Income）1589.45亿日元，同比增幅52.24%。

这家公司把业务分成了能源系统解决方案、基础设施解决方案、楼宇解决方案、零售&打印解决方案、电子元器件&存储解决方案、数字解决方案、电池事业几个大的方向。

我们自然最为关注其中的电子元器件&存储解决方案，这个业务2022财年营收8598.36亿日元，同比增幅20.88%。这个业务又切分成了半导体与HDD&其他。半导体部分的营收为3640.48亿日元——占到东芝整个公司营收的10.91%；如果是说整个电子元器件&存储解决方案，则2022财年该业务占到东芝总营收的约1/4多。

从东芝官网来看，东芝的半导体产品包括有碳化硅功率器件、MOSFET、IGBT/IEGT、二极管、传感器、微控制器、隔离器、RF器件、电源管理IC等。

从地域来看，如文首所述，东芝最大的市场在日本本土，2022财年日本市场的营收占到全年营收的约52.91%，其余的是海外市场。海外市场中亚洲（去除日本）是其最大市场，占到26.25%。东芝没有在财报中列出中国在其中的占比。

进博会上东芝的双碳主题

不过东芝（中国）有限公司副总裁仲秋说，“东芝是1972年就进入中国市场的，到现在正好是50个年头，跟中日友好建交是一样的”。目前东芝在华主要合资、独资公司有34家，员工人数超过10000人——从这一点还是能够看出中国市场对于东芝的重要性。“这50年，我们根据中国市场的需求，不断调整产品、业务；今后我们也会与时俱进，根据中国市场需求，拿出更好的表现。”

“东芝已经连续5年参加进博会，我们没有缺席过。”仲秋说。今年进博会上，东芝展台主要分成几个展示内容：氢能技术、二氧化碳分离回收技术、锂离子电池、半导体产品、重离子癌症治疗技术、数字化能源管理服务。

▲ 这是东芝纯氢燃料电池系统H2Rex模型。东芝展位的工作人员说，氢能在日本有60多年的研究发展历史，目前已经开始在中国国内推行氢能产品。

仲秋表示目前在中国推行的主要包括“一是100kW的东芝纯氢燃料电池系统；另一个是跟中国国内合作伙伴合作一款5kW、甲醇重整的小型氢能电池——可以用于像是国家电网电力送不到的边远地区，或者给一些5G基站进行长时间供电”。这应该是和广州一家名为摩氢的企业的合作项目。

在制氢方面，“我们现在在日本开始研究开发SOEC（固体氧化物电解）这种技术进行制氢。”现场工作人员说。“包括制氢和燃料电池当中的核心部分，像电堆。”仲秋说，“我们也会把核心零件电堆供给中国的合作伙伴，由中国合作伙伴生产燃料电池。”

不过仲秋也提到，如何降低储氢和运氢的成本“仍然是氢能普及过程中需要解决的一个课题”。

▲ 东芝的钛酸锂电池与模块展示。“它和普通电池最大的区别在于，负极材料采用钛酸锂（LTO）材料，使得电池在极端低温、快速充放的环境下，依然做到安全可靠。在极端恶劣环境，比如寒冷环境下、需要快速充电和放电的环境下，这款产品的优势就很大。”现场工作人员介绍，“另外它寿命很长，目前已经做到2万次以上的循环寿命（35℃条件下），容量依然在90%以上。”


▲ 从原理上来看，东芝的这种SCiB电池用钛酸锂做负极材料，理论上不会析出金属锂，内部短路风险较低，而且在发生内部短路时也会启动自我保护功能。在快速充电、低温特性方面，东芝给出的数据是充电3分钟达到80%电量，在-20℃低温下进行充电实验也不会让容量降低。

这种技术的电池产品目前已经在港口、物流的搬运机器人、车辆上得到应用。仲秋说SCiB锂电池在中国市场上已经广泛应用，如巴士、港口的起重机、电商使用的无人搬运车、仓库机器人等。

▲ 二氧化碳分离回收技术中常说的CCS是指对二氧化碳进捕集，而CCUS则是加入了回收后再利用的步骤。这类技术在日本已经比较成熟。

东芝的CCS技术主要是将火电厂排放的二氧化碳通过化学吸收法在吸收塔以及再生塔等设备中进行回收，并储存在其他容器中。目前这项技术已经用于日本三川火力发电厂，单日回收二氧化碳能力超过500吨。这样的技术同样适用于工业，农业等其他领域。东芝在2016年将回收的二氧化碳通过管道运输的方式提供给藻类养殖场进行了相关应用，并获得了良好的效果。

▲ “重离子放疗系统”模型，是肿瘤治疗解决方案。这是东芝在医疗方向相关的展示。“和传统的X线相比，重离子能量强，对肿瘤杀伤力强，患者治疗次数减少。而且和常规的放疗相比，因为射线集中在病灶，所以通过人体的时候对正常组织的危害也更小。”工作人员介绍道。

东芝与全球重离子治疗的权威机构日本国立研究开发法人量研机构、放射线医学研究所及QST医院 长期紧密合作，这套技术和设备是东芝与其共同开发的。其上为旋转机架，可以从任何角度将重离子线精准照射至病灶，则无需倾斜治疗床，不需要移动患者。“这也是全球最小的、目前只有东芝能够提供的重离子旋转机架。”

▲ 面向工厂和园区的能源管理服务展示。“结合我们东芝在制造业、能源行业的一些经验，推出面向尤其是一些自备电厂——比如造纸、水泥、化工、钢铁等行业的园区和工厂，这样的能源管理服务。”

“这个服务主要由三个子服务构成，运转制定支持、热效率回收、故障预判。通过这三个技术来达到整个园区整体的节能减排目标。”从介绍来看，这应该是结合了东芝展示的其他技术可达成的一套方案。

新能源技术的关键：IEGT和其他半导体产品

除了上面这些，半导体是作为一个单独的展区做展示的。半导体区块内，东芝展示的主要产品包括有大功率半导体IEGT、300mm硅晶圆、150mm碳化硅晶圆。我们对东芝的IEGT技术很感兴趣，所以现场问了苗汉洁不少相关IEGT的问题。

▲ IEGT（Injection Enhanced Gate Transistor）实际上是东芝基于IGBT的某种改良型器件，面向大功率场景，中文名栅极增强型晶体管。

苗汉洁介绍说，东芝在将IGBT器件从低压往高压进行生产设计的过程中，“发现做高电压的IGBT器件芯片越来越厚，器件的导通损耗越来越大，会带来整机效率的降低。为了解决高电压IGBT器件的效率问题，东芝就引入了IEGT技术。”所以东芝3300V以上规格的IGBT器件都叫做IEGT。

IEGT器件主要是在结构设计上做了优化，有兴趣的同学可以去看东芝官网的这篇文章做进一步的了解。除了器件层面，在封装层面IEGT产品也做了电流需求方面的加强：“IGBT器件市面上主流的都是塑料封装的模块，塑料封装的模块里面杂散电感比较大，电流等级相对来说不能满足一些特别大功率应用的要求。”所以东芝引入了“陶瓷金属管壳”的设计，能够实现更大的电流等级。

“举例来说，现在普通塑封模块器件4500V的规格，大概能达到1200A；东芝的陶瓷金属管壳目前量产就能做到4500V 3000A，新产品样品可以达到4500V 5000A。这是核心竞争力所在。”苗汉洁说，“而且陶瓷金属管壳也实现了更高的产品可靠性。”

“这样高可靠性、高电压大电流的器件就特别适用于一些超级工程，比如国内现在有柔性直流输电工程，能达到±800kV、8 GW，就特别适合去用东芝的陶瓷金属管壳IEGT器件。”

IEGT在市场应用方面，“目前应用比较多的是柔性直流输电，在电网这块。”仲秋说，“IEGT产品能够助力中国在柔性输电，也包括电力机车、中大功率变频器等行业的蓬勃发展。”苗汉洁补充说，“IEGT能用到整个能源链：发电、输配电、用电。”“除了输电，现在我们还有个直流配电网的概念，属于配电这块的应用。像电力机车的大功率电机驱动就属于用电这块。”

据说目前做金属陶瓷管壳IGBT的企业，“真正有长时间大规模可靠性验证记录的目前就只有两家”。所以成本上，“金属陶瓷管壳器件相对塑封管壳器件成本会高一些。”不过仲秋特别提到：“我们12寸晶圆的新产线在建，产能更高、生产效率更高，通过大量生产能降低成本，以后IEGT成本肯定会进一步下降。”

▲ 这是东芝即将量产的12英寸晶圆。“随着12英寸硅晶圆产品的投产，中国市场半导体缺货问题将大大缓解。”苗汉洁介绍说，“东芝也是第一家将12英寸晶圆用于生产功率器件的日系厂家。”

据说东芝的12英寸硅晶圆生产线提前开始运作了，当前还在建设新的厂房。目前东芝计划两条12英寸生产线，“第一条生产线是在已有的厂房里面新建，这条产线2022财年投入生产；第二条产线会新建厂房，计划于2024财年投产。”

“新建厂房的第一期工程满产后，产能会达到现有总产能的2.5倍；二期工程满产后，产能会达到3.5倍。”生产的功率器件未来会主要用在汽车和工业应用方面。

▲ 东芝的150mm碳化硅晶圆


▲ 碳化硅模块。碳化硅的市场潜在价值已经无需赘言，对于效率有更高要求、体积需求更紧凑的应用场景，长期带来成本效益的，则碳化硅相比碳基器件会成为更好的选择。

节能减碳、绿色能源显然是这次东芝于进博会展示的主题，其中也囊括了其半导体产品。毕竟这对东芝不同种类的半导体产品而言都有着相当可观的市场前景，不仅限于这次东芝展示的这些。起码从12英寸晶圆扩产，以及在功率器件市场上的投入，都能看出东芝对这一市场的看好。

“工业和车用市场，在我们看来有着向上的发展趋势。比如在汽车上，传统燃油车上面用的功率器件非常少。而新能源车，不管是混动还是全锂电池（EV），功率半导体用量都是以前的几倍甚至更多，所以我们认为这部分市场的发展是确定向好的。”苗汉洁说。

虽然短期来看，整个半导体市场当前进入了库存调整状态，大趋势在往下。“但从长远来看，新能源汽车、国家电网、重点行业的大功率电动机车等等，以后节能方面的要求都会越来越高。”仲秋说，“功率半导体在节能方面是必不可少、不可或缺的元器件。无论中国市场也好、日本市场也好、全球市场也好，对节能需求的增加，对功率器件要求就会增加，这块市场是往上走的。”