【導(dǎo)讀】碳化硅（SiC）作為一種第三代半導(dǎo)體材料，具有耐高壓、耐高頻的特性，相比傳統(tǒng)的硅基半導(dǎo)體，碳化硅MOSFET在功率轉(zhuǎn)換效率、損耗降低方面表現(xiàn)出色，這使得它在新能源汽車、電力電子設(shè)備等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。隨著新能源汽車市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)，碳化硅MOSFET的需求也在不斷增加，尤其是在需要高效率、高可靠性的應(yīng)用場(chǎng)景中，碳化硅MOSFET的優(yōu)勢(shì)更加明顯。
市場(chǎng)研究報(bào)告顯示，全球碳化硅MOSFET市場(chǎng)銷售額在2023年達(dá)到了4.2億美元，并預(yù)計(jì)到2030年將達(dá)到13億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率（CAGR）為17.0%。這表明碳化硅MOSFET市場(chǎng)呈現(xiàn)出強(qiáng)勁的增長(zhǎng)勢(shì)頭。地區(qū)層面來看，中國(guó)市場(chǎng)在過去幾年變化較快，預(yù)計(jì)2030年將達(dá)到一定的市場(chǎng)規(guī)模，屆時(shí)全球占比將有所增加。
碳化硅（SiC）作為一種第三代半導(dǎo)體材料，具有耐高壓、耐高頻的特性，相比傳統(tǒng)的硅基半導(dǎo)體，碳化硅MOSFET在功率轉(zhuǎn)換效率、損耗降低方面表現(xiàn)出色，這使得它在新能源汽車、電力電子設(shè)備等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。隨著新能源汽車市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)，碳化硅MOSFET的需求也在不斷增加，尤其是在需要高效率、高可靠性的應(yīng)用場(chǎng)景中，碳化硅MOSFET的優(yōu)勢(shì)更加明顯。
碳化硅功率器件主要應(yīng)用于新能源車的電驅(qū)電控系統(tǒng)，相較于傳統(tǒng)硅基功率半導(dǎo)體器件，碳化硅功率器件在耐壓等級(jí)、開關(guān)損耗和耐高溫性方面具備許多明顯的優(yōu)勢(shì)，有助于實(shí)現(xiàn)新能源車電力電子驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輕量化、高效化，它廣泛應(yīng)用于新能源車的主驅(qū)逆變器、OBC、DC/DC 轉(zhuǎn)換器和非車載充電樁等關(guān)鍵電驅(qū)電控部件。
為了更好地推動(dòng)SiC產(chǎn)品研發(fā)落地和業(yè)務(wù)開展，全球知名半導(dǎo)體制造商羅姆（ROHM）推出了EcoSiC?品牌，該品牌設(shè)計(jì)理念和來源頗具深意。EcoSiC?這一名稱由兩部分組成：“Eco”寓意“環(huán)保、生態(tài)”，而“SiC”則是羅姆公司重點(diǎn)發(fā)展的碳化硅技術(shù)。
具體來說，“EcoSiC?”中的“E”代表地球和元器件，藍(lán)色底色象征著羅姆對(duì)未來技術(shù)創(chuàng)新的追求以及對(duì)環(huán)境保護(hù)的承諾。“SiC”中的“i”字母上方的點(diǎn)采用了六邊形設(shè)計(jì)，這是因?yàn)槟壳爸髁鞯奶蓟杵骷鶠?H-SiC結(jié)構(gòu)。通過這一獨(dú)特的設(shè)計(jì)，羅姆希望EcoSiC?能夠引領(lǐng)碳化硅技術(shù)向著更加創(chuàng)新、環(huán)保和生態(tài)友好的方向發(fā)展。
高功率密度SiC封裝模塊，助力電動(dòng)車小型化
從電動(dòng)汽車的發(fā)展歷程來看，起初，電動(dòng)車的核心部件主要采用硅基器件。近年來，隨著碳化硅技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的逐步降低，碳化硅器件的應(yīng)用范圍已不再局限于高端車型，而是逐漸普及到了中低端及低壓平臺(tái)。碳化硅模塊的應(yīng)用范圍和市場(chǎng)需求持續(xù)擴(kuò)大。
在此背景下，羅姆公司經(jīng)過多年深入的市場(chǎng)調(diào)研和技術(shù)研發(fā)，經(jīng)過多輪驗(yàn)證后，推出了最新的SiC技術(shù)成果——“TRCDRIVE pack?”產(chǎn)品。這一名稱中的“TRC”代表牽引，“DRIVE”代表驅(qū)動(dòng)，該產(chǎn)品是專門為電動(dòng)汽車主逆變器設(shè)計(jì)的解決方案，旨在解決客戶在實(shí)際應(yīng)用中的痛點(diǎn)并滿足其具體需求。
TRCDRIVE pack?系列產(chǎn)品有四個(gè)特點(diǎn)：
首先是小型化方面的創(chuàng)新。“TRCDRIVE pack?”產(chǎn)品芯片內(nèi)部進(jìn)行了優(yōu)秀的均流設(shè)計(jì)，將主電流路徑與控制信號(hào)路徑分離，這是羅姆的最大創(chuàng)新點(diǎn)之一。傳統(tǒng)的信號(hào)線通常從側(cè)面引出，而羅姆將信號(hào)線設(shè)計(jì)在頂部，這使得模塊的整體尺寸減少28%。這一設(shè)計(jì)主要得益于press fit pin工藝的應(yīng)用?！癟RCDRIVE pack?”產(chǎn)品采用了羅姆的第四代SiC MOSFET，其主要特點(diǎn)是在單位面積下的導(dǎo)通電阻達(dá)到了業(yè)內(nèi)領(lǐng)先水平，從而實(shí)現(xiàn)了更低的導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗。這使得產(chǎn)品不僅能夠?qū)崿F(xiàn)小型化，還能提供更高的輸出電流能力。
下圖是二合一SiC封裝型模塊“TRCDRIVE pack?”的真實(shí)產(chǎn)品圖，可以非常明顯地看到，和傳統(tǒng)SiC模塊不同，羅姆SiC封裝型模塊“TRCDRIVE pack?”體積更小，且模塊頂部配備了“Press fit pin”方式的控制用信號(hào)引腳。
其次，“TRCDRIVE pack?”產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了高功率密度，通過采用Cu Clip布線技術(shù)，該模塊能夠承載更大的電流，是傳統(tǒng)產(chǎn)品功率密度1.5倍左右，普通產(chǎn)品可能出300A電流，同樣面積的模塊，“TRCDRIVE pack?”可以出450A的電流。此外，“TRCDRIVE pack?”對(duì)內(nèi)部Clip結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，采用了三維設(shè)計(jì)，并對(duì)功率端子進(jìn)行了改進(jìn)，使其不同于傳統(tǒng)的NPN連接方式。這些改進(jìn)旨在幫助客戶在實(shí)際應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)更高的功率密度。同時(shí)，“TRCDRIVE pack?”選用了耐高溫、高性能的樹脂材料，有助于解決高溫環(huán)境下的應(yīng)用問題。
第三，減少安裝工時(shí)。“TRCDRIVE pack?”采用的press fit pin技術(shù)可以直接從上方壓接，極大地簡(jiǎn)化了安裝過程。如果信號(hào)pin從側(cè)面引出，則可能需要使用彎角連接器才能實(shí)現(xiàn)從上方壓接，或者需要將PCB板側(cè)面安裝，這兩種方式都不太方便。
相比之下，采用Press fit pin技術(shù)，驅(qū)動(dòng)板可以直接放置在上方，功率端子則位于兩側(cè)。這種設(shè)計(jì)不僅簡(jiǎn)化了安裝步驟，還對(duì)電控系統(tǒng)的小型化設(shè)計(jì)非常友好。它不僅節(jié)省了空間，還提高了整體布局的靈活性和便捷性，更適合現(xiàn)代緊湊型電子設(shè)備的需求。
最后一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是便于大規(guī)模生產(chǎn)。由于“TRCDRIVE pack?”采用了塑封技術(shù)，相比傳統(tǒng)的灌膠模塊，生產(chǎn)工藝更為簡(jiǎn)便。從成本控制和批量生產(chǎn)的角度來看，這一設(shè)計(jì)帶來了顯著的優(yōu)勢(shì)。
多款規(guī)格選擇，適配不同應(yīng)用場(chǎng)景
針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景，羅姆推出的“TRCDRIVE pack?”產(chǎn)品陣容可以分為兩個(gè)耐壓級(jí)別：一是750V，二是1200V。目前許多汽車廠商在400V平臺(tái)上也開始采用碳化硅技術(shù)，羅姆提前預(yù)見了這一市場(chǎng)需求。其中，750V版本適用于低壓平臺(tái)，而1200V版本則針對(duì)高壓平臺(tái)。
此外，產(chǎn)品陣容還包括兩種不同的尺寸：一種較小，另一種較大。這兩種尺寸主要針對(duì)不同的功率需求。普通轎車可以使用較小的模塊，而高性能車型如超跑或SUV，則可使用較大的模塊，以適應(yīng)更高的輸出功率。最大輸出電流可以達(dá)到700A以上。
在該系列產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，羅姆還計(jì)劃在2024年內(nèi)開發(fā)出封裝尺寸和安裝模式不同的共12款碳化硅模塊產(chǎn)品。此外，目前，羅姆正在開發(fā)配有散熱器的六合一模塊，并將于2024年第二季度開始供應(yīng)樣品，相比以往的SiC殼體型模塊，功率密度將達(dá)1.3倍，將進(jìn)一步加快符合規(guī)格要求的牽引逆變器設(shè)計(jì)速度和產(chǎn)品陣容擴(kuò)展。
值得注意的是，在當(dāng)前競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)環(huán)境中，單一產(chǎn)品的推出已不足以應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)。因此，羅姆不僅注重產(chǎn)品本身，還在應(yīng)用與服務(wù)層面提供了全面的支持。為了加速TRCDRIVE pack?產(chǎn)品的評(píng)估和應(yīng)用，羅姆提供了多種支持資源：其中包括提供電機(jī)測(cè)試設(shè)備，從仿真到熱設(shè)計(jì)的豐富解決方案，還有雙脈沖測(cè)試用和三相全橋用的兩種評(píng)估套件，從而支持在接近實(shí)際電路條件的狀態(tài)下進(jìn)行評(píng)估。
結(jié)語：
EcoSiC?品牌的推出，展示了羅姆從晶圓生產(chǎn)到制造工藝、封裝再到產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全方位戰(zhàn)略布局，彰顯了公司在全球SiC器件發(fā)展中的領(lǐng)導(dǎo)地位。二合一SiC封裝型模塊“TRCDRIVE pack?”充分體現(xiàn)了EcoSiC?品牌的先進(jìn)性，特別是在終端用戶極為關(guān)注的體積和散熱問題上提供了卓越的解決方案，助力實(shí)現(xiàn)更高的功率密度。
通過這一系列創(chuàng)新，羅姆不僅提升了產(chǎn)品的性能和可靠性，還為客戶在實(shí)際應(yīng)用中帶來了更高效、更緊湊的解決方案，推動(dòng)了整個(gè)行業(yè)向更高標(biāo)準(zhǔn)邁進(jìn)。
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