SIC热潮席卷全球,罗姆如何延续半导体“创新力”?

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SiC的热潮已席卷全球,今年以来,全球最大的SiC晶圆供应商Cree决定投资10亿美元大幅扩充SiC产能,预计在2024年将SiC晶圆制造能力提高至30倍,以满足多家厂商对SiC材料的需求。另外,国外一众厂商如ROHM、Bombardier、ST、Infineon、Littelfuse、Ascatron,以及国内的泰科天润、基本半导体、杨杰科技等也都在从资金及产线等多角度加大对SiC领域的投入,比如今年2月,ST就收购了瑞典碳化硅(SiC)晶圆制造商Norstel AB公司55%的股权;3月,国内的泰科天润也获得了近亿元的C轮融资,SiC领域一场全球性的市场角逐正苗头初显。
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         罗姆半导体深圳有限公司技术中心所长黑川雄次
 
  作为当今最有能力推动SiC技术落地的半导体厂商之一,罗姆半导体在SiC技术和市场上都占据高位。记者获悉,从2018年的4月到2019年3月,罗姆半导体公司整体销售额在4000亿日元左右,净利润在450亿日元左右,净利润比例在11.4%,利润的增长率达到了22%的水平。而面对不断变化的技术和市场需求形势,罗姆的策略究竟是什么?
 
  汽车市场如何成就SiC?
 
  SiC最先是应用在光伏逆变器以及UPS这类要求转换效率比较高的场景,但最近几年随着电动汽车的不断发展,如今纯电动和混动汽车市场都开始敞开拥抱SiC,需求得到了很大程度的增长。
 
  罗姆半导体(深圳)有限公司技术中心经理苏勇锦表示:“2014年,全球SiC的市场仅在1亿美金左右,但现在整个市场已经接近8亿美金。而且接下来还会有更加快速的发展,有报告显示,SiC每年整个市场的增长速率在30%-50%左右,主要领域是汽车,另外就是在储能市场。”
 
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        罗姆半导体(深圳)有限公司技术中心经理苏勇锦
 
  作为全球汽车保有量大国的中国,目前已有超过20家的整车OEM都已在使用SiC器件来开发相关产品并获得很好的收效。据记者了解,新能源汽车上目前会使用到SiC的主要有三个部分,第一个是车载OBC,然后是DC/DC转换器,另外一大块是车载主机逆变器,也叫电控。前几年可能市场的重心集中在车载OBC以及DC/DC转换器两大块,但近两三年里,市场开始重点关注汽车的电控,毕竟它是新能源汽车的核心部分,用以驱动马达来带动汽车运作的系统。
 
  从整个市场趋势上进行细分,汽车市场的核心诉求可以大致总结为三点:第一点即行驶里程的提升,这也是当前消费者的核心诉求,而最有效的方法就是将电池包的容量做大,但加大电池包容量的方式会使得整车成本增加不少;另一点就是缩短充电时间,将充电桩或OBC的功率做大;第三就是更高的电池电压,比如说现在传统的国内的电动汽车在400V的水平,慢慢的欧洲也推出了800V的电池平台,进而提高电压,将内部的充电电缆和内部的线材重量减轻,最终达到减轻汽车重量的目的。
 
  如此种种,都对半导体器件会提出更高的要求,苏勇锦举例到:“比如说要提升效率,可以简单的把OBC的效率提升1个百分点,或者将主机逆变器的效率提升2-3个百分点,那就可以轻松的将里程提升几十个公里。但传统的Si器件有自身的极限,一旦达到耐压值之后,Si的导通电阻和开关特性就会急剧下降,那么SiC器件在这上面就有比较大的前景。”
 
  对于SiC在汽车这三大块部件市场的发展趋势,罗姆也给出了大胆的预测,苏勇锦表示:“前期,SiC的市场主要集中在OBC和DC/DC,逆变器这块预测在2020-2021年,国内会有厂家将SiC做在主机逆变器上。未来3-5年内,在电控市场的Si和SiC的逆变器也会有一个好的增长。罗姆估算,随着电池包成本的不断下降,以及SiC成本的不断下降,我们认为2025年在电池包大于40-50Kwh的车型上,基本上600A的SiC模块可以达到正的经济效益。更具体的调查,全球不同的车型,500V的SiC模块在2021年可能只有一小部分车型能够达到正的经济效益,但到了2025-2026年,基本上80%以上的500V车型都能达到正的经济效益,这里是我们根据电池成本趋势以及SiC成本趋势推算的结果。”
 
  SiC时代的半导体创新思维
 
  罗姆半导体作为SiC领域的重量级玩家之一,在兼顾市场份额的同时也需要更多的创新思维,来激发SiC技术层面上的持续迭代,从而反过来保证更高且稳定的市场占比。据罗姆半导体介绍,罗姆的SiC有两代产品,一种是平面构造的D-MOS,基本市面上很多厂商目前都在使用这种构造。但罗姆一直都志在SiC领域领先于其他友商,于2015年罗姆便推出了沟槽型的MOSFET,也是全球第一家能够做出这种沟槽型MOSFET的厂商。其优势在于,相同芯片尺寸的情况下,可以把导通电阻降低50%,导通损耗降低50%,此外它影响开关速度的参数也能够降低35%,开关速度可以更快,导通损耗也可以做的更小。
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                      罗姆半导体SiC功率器件
 
  苏勇锦表示:“比如我们做的一款全SiC的功率模块,1200V电流可以做到600A,与传统的IGBT我们也做了对比,用相同的1200V/600A的IGBT模块,相同的测试条件下,频率不断往上升的时候,IGBT的损耗会不断的增加,但SiC的话损耗基本上比较小,远远小于IGBT模块。除此,我们的肖特基二极管原来是采用第二代金属接合的构造,但我们现在已经发展到第三代的JBS构造,通过在接合面上做沟槽型的构造来加大接触面积,这样一来就可以优化到更多的参数。”
 
  
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                  罗姆半导体1200V 400A/600A全SiC功率模块
  另外,在SiC器件配套产品的栅极驱动器领域,2016年罗姆就已成为世界首家开发出集成温度监控、电源的磁隔离栅极驱动器的厂商,这是罗姆在SiC时代创新思维的另一大集中体现。
 
  据悉,磁隔离的栅极驱动器虽然目前仅在整个驱动器市场占据20%的份额,但苏勇锦表示这种局势将很快发生变化,因为尽管占据80%的市场份额,但光学式(使用光耦)的隔离器或驱动器由于内部使用的是LED,因此容易产生光衰,随着时间的推移其光线会逐步衰弱,器件的寿命会受到很大影响。而随着市场的发展,EV车小型化的要求未来会不断提高,磁隔离式产品的市场将会越来越大。据不完全统计,罗姆半导体现在已经占据整个磁隔离产品市场的80%以上,提前在磁隔离式栅极驱动器领域布好了局。
 
  小结:
 
  SiC市场的大门目前已初步开启,面对整个市场对SiC需求的增长,眼下正是一个极佳抢夺战略制高点的时间段。新兴市场的高瞻远瞩十分必要,在很早以前就做好了SiC增加产能计划的罗姆半导体,预计2025年旗下SiC产能将增加到2017年的16倍左右,与SiC配套的栅极驱动器产能在2025年也将提高至现在的15倍,并向该领域源源不断的提供资金支持。
 
  着眼当下,做好短期的规划和布局也非常关键。2019年剩下的一段日子,罗姆表示还将继续扩充产品线,苏勇锦表示:“我们今年会集中做6英寸的第三代产品,将650V的产品扩充一些,1200V的也会做出来。MOSFET我们也会分为三个轴,我们第二代产品去年已经完成6英寸的转换,第三代的产品我们今年也会做一些新的封装,比如贴片等。另外,我们也会把第三代的MOSFET转换成6英寸,而接下来的第四代产品也是我们即将对市场推出的很有竞争力的产品,能实现更低的导通电阻、更快的速度,今年会推出一些非车规的样品,车载端的产品会在2020年正式推出。”这不仅是罗姆半导体针对SiC市场做出的即时响应,更是SiC时代半导体大厂创新思维的延续。
 
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