罗姆加快布局SiC在电动车与电源模组应用

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受益于中国国内环保政策及意识的不断提高,插电式油电混合车和全电动车的需求正大幅成长,更严格的排放法规是推动需求成长的原因之一。这类车辆配备各式各样的电力电子设备,目前其中大部分都是以Si为基础。不过目前和未来都需要进一步提升效率和功率密度。由于硅在效能方面停滞不前,SiC(碳化硅)因而成为一种高效的替代选择。
 
在xEV传动系统中,SiC电路有助于实现更小的芯片尺寸,同时具备相同效能之下,提供降低切换损耗及提升切换频率等各种优点。与先前的系统相比,对应封装技术可实现更有效率且更为轻巧的电源模组,以及独立解决方案。受益于SiC芯片和最佳化电源模组的一般应用,包括主变频器、车载充电电子设备、升压器和DC-DC转换器等热门零部件厂商将迎来商机。
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       使用SiC进行电路系统设计获得的好处
 
SiC元件已上市约20年,但因为成本及部分品质缘故,在车辆中的使用受到限制。到目前为止,SiC晶圆尺寸通常比Si小很多。高品质6英寸SiC晶圆上市供应后,提升了制造SiC芯片的产能。SiC元件最初是由小规模的专业公司主导,不过目前顶尖半导体公司于标准设备加工SiC元件,具备高输出及高可靠性,因此SiC的成本发展大有可为。最新一代的SiC沟槽MOSFET,在闸极氧化物可靠性方面也有所进展,使其成为汽车应用的理想选择。
 
瞄准SiC未来快速增长中的诸多应用商机,SiC头部玩家——日本罗姆半导体,在该领域扮演着举足轻重的角色。罗姆半导体(深圳)有限公司技术中心经理苏勇锦先生表示:“近几年,随着新能源汽车的快速发展,SiC在电动汽车和混合动力的节能汽车方面的应用得到了迅猛发展,SiC的需求也在飞速增长。根据机构预测,未来SiC年均增长速率将达到惊人的30%-50%。”
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罗姆半导体(深圳)有限公司技术中心经理苏勇锦先生指出,接下来这几年SiC重点发展的领域有两个:一个是电动汽车,另一个是储能。
 
相比IGBT,SiC的特点可以做到高频;做成模块后,由于适应高频,外围器件例如电感可以减小。因此电压方面,ROHM推荐1200V的产品,这可体现出SiC耐高压的特点。
 
不过,和IGBT相比,SiC成本目前还不占优势。SiC二极管比Si二极管产品贵两三倍,SiC的MOSFET比Si-MOSFET贵3到5倍。电动汽车上的模块产品比IGTB的模块贵5倍以上。因为模块更难封装,原材料也更贵。
 
据了解,SiC器件的价格是Si器件价格的5到6倍,这也成为影响SiC器件普及的另一个重要因素。缺陷密度问题其实直接影响的就是SiC价格的主要因素之一。当然,除了缺陷密度(良品率),SiC原材料的成本和制造成本也是SiC价格较传统Si价格高的原因。随着主流的SiC厂商已经采用6英寸晶圆,价格将会下降。另外,随着国内SiC晶圆的产量和质量的提升,也有望降低SiC晶圆的价格,从而降低SiC器件的价格。SiC价格还和市场规模有关,2016年SiC组件市场规模仅为2亿美元左右,与200多亿美金的功率半导体市场相比微不足道。但随着电动汽车等市场的增长,预计到2020年SiC组件的销售额有望突破20亿美元,市场规模的增大将显著降低SiC组件的价格。
 
苏勇锦表示,罗姆SiC的分立器件产品阵容分为两大块的产品,一个是肖特基二极管,一个是MOSFET。肖特基二极管分为第二代跟第三代,第二代分为650V,从6安培到40安培;1200V,5安培到40安培。第三代JBS构造的肖特基二极管,现在罗姆已做了一个650V的产品出来,从2安培到20安培的产品,接下来会开发1200V系列产品。MOSFET,分为平面型的第二代、沟槽型第三代的产品。第二代基本上产品会集中在1200V的耐压,包括450毫欧,最低是80毫欧。罗姆第三代这个产品线就比较明显,在整个SiC市场里面来说,SiC的产品线最全的,650V、120毫欧最低做到17毫欧。1200V、160毫欧可以做到22毫欧这样一个比较权威的产品阵容。
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           罗姆展示的SiC 6英寸晶圆Demo
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  罗姆展示的搭载SiC芯片的SiC MOSFET功率模块Demo
 
苏勇锦强调,罗姆是第一个全球做出来全SiC功率模块的厂家。罗姆的全SiC功率模块有三个封装类型,C型、E型、G型,区别按封装尺寸大小,越大可以放的芯片越多,电流可以做得更大一些。罗姆现有的产品主要集中在1200V,最小的电流80安培,最大的电流600安培。
 
在制造方面,罗姆集团也构筑起了引以为豪的一条龙生产体制,致力于晶圆的大口径化,并通过最新设备提高生产效率。同时,为了更好地满足其不断扩大的需求,在罗姆集团Apollo工厂投建新厂房,提高生产能力。在强化生产能力的同时,严格贯彻实施多基地生产体制、库存管理、设备防灾化等,努力实现对客户的稳定供货。
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