作為半導(dǎo)體，SiC功率器件具有極其優(yōu)秀的性能：更高耐壓、更低導(dǎo)通電阻，可在更高溫條件下更高速地工作。

為了促進解決節(jié)能環(huán)保的全球性課題，削減功率轉(zhuǎn)換時產(chǎn)生的能耗是當務(wù)之急。而通過將SiC應(yīng)用到功率元器件上，可以實現(xiàn)以往Si功率元器件無法實現(xiàn)的低損耗功率轉(zhuǎn)換。根據(jù)拓墣產(chǎn)業(yè)研究院估計，2018年全球SiC基板產(chǎn)值將達1.8億美元。日前，羅姆半導(dǎo)體(北京)有限公司技術(shù)中心所長水原德健分享他對SiC功率元器件市場動向的見解，以及羅姆SiC產(chǎn)品在汽車應(yīng)用領(lǐng)域中的布局。

羅姆半導(dǎo)體(北京)有限公司技術(shù)中心所長水原德健先生現(xiàn)場演講

相較于硅晶圓(Si)，第三代半導(dǎo)體材料SiC除了耐高電壓的特色外，還具備耐高溫、易冷卻、的優(yōu)勢，更低的阻抗、更高頻率的運行可使芯片面積大幅減少，并能簡化周邊電路的設(shè)計，達到減少模組、系統(tǒng)周邊的零組件及冷卻系統(tǒng)的體積?！耙?kW LLC DC/DC轉(zhuǎn)換器為例，使用SiC MOS器件比Si IGBT器件重量減少87%，體積減少84%，芯片面積約為原來的1/4，同時損耗降低63%，頻率達到160kHz，為原來的6.4倍?！彼陆∠壬a充說，“與Si-IGBT/Si-MOS的開關(guān)特性相比，SiC-MOS開關(guān)OFF時的損耗大幅減少，體二極管的恢復(fù)特性特別好?！?

除了輕化車輛設(shè)計之外，SiC的低導(dǎo)通電阻及低切換損失的特性，也能大幅降低車輛運轉(zhuǎn)時的能源轉(zhuǎn)換損失，這對于電動汽車續(xù)航力的提升有相當大的幫助。隨著行駛里程延長，縮短充電時間，以及更高的電池容量成為電動汽車市場的大趨勢，預(yù)計2021年SiC器件將在OBC、DC/DC、逆變器、無線充電，以及用于快速充電的大功率DC/DC上全面應(yīng)用。電動汽車的發(fā)展將與SiC功率組件的技術(shù)與市場發(fā)展密不可分。新應(yīng)用的出現(xiàn)也將推動碳化硅電力電子器件市場的發(fā)展。據(jù)《東洋經(jīng)濟》資料顯示，到2025年SiC器件的市場規(guī)模將達到約35億美金，比現(xiàn)在多7倍。

6寸SiC溝槽型MOSFET晶圓展示

在SiC-MOSFET不斷發(fā)展的進程中，羅姆于全球首家實現(xiàn)溝槽結(jié)構(gòu)SiC-MOSFET量產(chǎn)，其導(dǎo)通電阻與平面型SiC-MOSFET相比降低約50%，同時輸入電容降低約35%，有效地提高了開關(guān)性能?；跍喜劢Y(jié)構(gòu)SiC-MOSFET的優(yōu)勢，羅姆又開發(fā)出采用該器件的“全SiC”功率模塊。模塊內(nèi)部電路為二合一（2in1）結(jié)構(gòu)，采用SiC-MOSFET及SiC-SBD，額定電壓為1200V，額定電流達到180A。與同等水平額定電流的Si-IGBT模塊產(chǎn)品相比，其優(yōu)勢非常明顯。即使與使用平面型SiC-MOSFET的“全SiC”模塊相比，其開關(guān)損耗也降低約42%。羅姆全SiC功率模塊正以其優(yōu)秀的特性，助力羅姆將產(chǎn)品從家電、光伏儲能、數(shù)據(jù)中心/服務(wù)器/UPS、智能電網(wǎng)/充電站、FA/驅(qū)動電源、xEV領(lǐng)域拓展至鐵路、風電領(lǐng)域等更高功率的應(yīng)用中。

1200V 400A/600A 全SiC功率模塊展示

關(guān)于為什么在Formula E賽季提供技術(shù)支持？

如今，電動汽車除了電池和電機之外，逆變器已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的決定因素，因為逆變器負擔著控制來自電池的電力并傳送至電機的重要作用。在羅姆看來，逆變器面臨著兩大難題：高效化和小型化。水原德健先生表示，通過SiC可提高3%-5%的逆變器效率，能夠降低電池成本及容量，并且SiC MOS的電池容量更大，可以很容易率先引入高檔車中。

Formula E第四賽季羅姆為文圖瑞車隊提供的“全SiC”功率模塊就是一個生動的例子。羅姆希望通過為文圖瑞Formula E賽車提供技術(shù)支持，不斷精進“全SiC”功率模塊的制造能力，推進功率半導(dǎo)體的技術(shù)革新，為節(jié)能環(huán)保事業(yè)貢獻自己的力量。

水原德健先生進一步解釋說，羅姆曾在2016年Formula E的第三賽季為文圖瑞里電動方程式賽車的主逆變器提供SiC器件——SiC SBD。而到了2017年第四賽季，又提供了SiC MOSFET，賽車實現(xiàn)更高性能。后者較前者重量降低4kg，尺寸減小24%。其核心價值，用車隊成員Edoardo Mortara的話來說是：“我們期望更高速的馬達能擁有很高效的全局系統(tǒng)封裝。與此同時，我們也希望能減小體積。減小體積之后，我們就能把逆變器盡可能放到車內(nèi)最低的位置。更低的位置這一點還是很重要的，這樣就能更快了?！?

羅姆如何布局SiC功率器件大市場？

由于SiC的人工制造過程極其困難，導(dǎo)致SiC功率元器件如何量產(chǎn)一直是業(yè)界的難題。羅姆早在2000年就開始SiC的研發(fā)，并且自2009年收購生產(chǎn)SiC晶圓制造商德國SiCrystal公司以來，便成為了全球屈指可數(shù)的進行碳化硅功率器件一條龍生產(chǎn)的廠家。從2010年在日本率先開始了SiC SBD量產(chǎn)，全球第一SiC MOS量產(chǎn)，2012年全SiC模塊全球第一量產(chǎn)，到2015年全球首發(fā)溝槽型SiC MOS量產(chǎn)，羅姆一路做好前瞻布局，取得了不俗的成績。

碳化硅生產(chǎn)供應(yīng)商羅姆，擁有完全垂直整合的制造工藝，從SiC拉晶，晶圓制造到封裝組裝均可實現(xiàn)一條龍生產(chǎn)機制。現(xiàn)有SiC分立器件產(chǎn)品陣容擁有650V，1200V，1700V三種電壓，以及全SiC功率模組。2020年5G將邁入商用，加之汽車正走向電動化與智能化，預(yù)計未來五年SiC基板在通過車廠驗證與5G商用的帶動下，將進入高速成長期。近年來，羅姆SiC功率元件產(chǎn)能持續(xù)擴張，也為電動汽車普及帶來的巨大市場做好了準備。

從羅姆銷售額的構(gòu)成比例來看，目前，在日系數(shù)碼家電領(lǐng)域占比逐年縮小，在其他日系消費電子、海外消費電子所占比例基本持平，而汽車電子、工業(yè)設(shè)備市場比例增長明顯，約從2004年的16%，上升到2020年的51%。羅姆2019年3月公布2018財年業(yè)績銷售額達到3,989億日元。

水原德健先生表示，羅姆將不斷擴充SiC元器件的量產(chǎn)產(chǎn)品陣容，并積極致力于新產(chǎn)品的開發(fā)。未來將重點發(fā)力在汽車電子市場、工業(yè)設(shè)備市場及海外市場，持續(xù)提高市場份額，重點產(chǎn)品為電源類SiC/柵極驅(qū)動器/IPM，模擬類電源IC/驅(qū)動IC，標準產(chǎn)品類通過IC/分立元器件，并且將進一步強化制造，旨在建立能夠長期穩(wěn)定供貨和對應(yīng)需求變動的生產(chǎn)體制。羅姆也將憑借自己在材料、元器件、解決方案的優(yōu)勢，保持SiC MOSFET市場份額的領(lǐng)先。

2008年，為了推動汽車用逆變器的小型化，羅姆開始開發(fā)驅(qū)動SiC的磁隔離柵極驅(qū)動器，如今已在車載磁隔離柵極驅(qū)動器IC市場取得80%以上的份額，未來隨著EV車小型化要求的不斷提高，磁隔離式的比例也將快速上升，羅姆會力爭保持絕對性的市場份額，擴大銷售額。在標準產(chǎn)品的布局戰(zhàn)略，羅姆將以不斷發(fā)展的車載市場為軸心，憑借供給能力和可靠性，在全球確立并強化通用元器件不可動搖的市場地位。

為了帶動第三代半導(dǎo)體材料碳化硅(SiC)的發(fā)展，提高SiC MOSFET在實際工程中的易用性，進一步擴大在能源（太陽能、蓄電、EV充電樁、下一代電網(wǎng)），電動車輛xEV（OBC、主機逆變器、DCDC），F(xiàn)A、工業(yè)用設(shè)備，ICT（服務(wù)器、數(shù)據(jù)中心）領(lǐng)域的市場份額，羅姆正通過建立自有工廠和封測代工，提高內(nèi)外部產(chǎn)能，應(yīng)對需求的變動及風險。未來在以SiC為核心的寬禁帶領(lǐng)域，相信羅姆一定會延續(xù)其在系統(tǒng)IC產(chǎn)業(yè)的競爭力，在世界電子行業(yè)中實現(xiàn)其“宏圖大業(yè)”。