世界首家“全SiC”功率模塊開(kāi)始量產(chǎn)

　　日本知名半導體制造商羅姆株式會(huì )社(總部：日本京都市)推出的“全SiC”功率模塊(額定1200V/100A)開(kāi)始投入量產(chǎn)。該產(chǎn)品的內置功率半導體元件全部采用SiC(Silicon Carbide：碳化硅)構成。

　　此產(chǎn)品安裝在工業(yè)設備和太陽(yáng)能電池等中負責電力轉換的變頻器、轉換器上，與普通的Si(硅)材質(zhì)的IGBT模塊相比，具備以下優(yōu)勢，有效解決了世界能源和資源等地球環(huán)境問(wèn)題。

　　●開(kāi)關(guān)損耗降低85%

　　●與傳統的400A級別的Si-IGBT模塊相替換時(shí)，體積減小約50%

　　●損耗低，因此發(fā)熱少，可減小冷卻裝置體積，從而可實(shí)現設備整體的小型化

　　本產(chǎn)品計劃在羅姆總部工廠(chǎng)(京都市)從3月份下旬開(kāi)始量產(chǎn)、出貨。

　　近年來(lái)，在工業(yè)設備和太陽(yáng)能電池、電動(dòng)汽車(chē)、鐵路等電力電子技術(shù)領(lǐng)域，與Si元件相比，電力轉換時(shí)損耗少、材料性能卓越的SiC元件/模塊的實(shí)際應用備受期待。

　　根據估算，將傳統的Si半導體全部替換為SiC后的節能效果，僅在日本國內就相當于4座核電站的發(fā)電量※2，因此，各公司都已強化了相關(guān)研究開(kāi)發(fā)。在這種背景下，羅姆于2010年在世界上率先成功實(shí)現了SiC-SBD和SiC-MOSFET兩種SiC元件的量產(chǎn)，在行業(yè)中遙遙領(lǐng)先。

　　與此同時(shí)，關(guān)于“全SiC”模塊，即所內置的功率元件全部將Si替換為SiC，多年來(lái)，雖然全世界的制造商多方試制，但在可靠性上存在諸多課題，一直無(wú)法實(shí)現量產(chǎn)。

　　※1：根據羅姆的調查(截止2012年3月22日)

　　※2：根據日本工程振興協(xié)會(huì )(ENAA)的調查：截止2020年日本國內主要領(lǐng)域都導入了SiC功率元件的情況下

　　(按1座100萬(wàn)kW級的核電站=8.8TWh/年估算)

　　此次，通過(guò)羅姆開(kāi)發(fā)出的獨創(chuàng )的缺陷控制技術(shù)和篩選法，使可靠性得以確保。另外，針對SiC制備過(guò)程中特有的1700℃高溫工序，為了防止其發(fā)生特性劣化，羅姆開(kāi)發(fā)了控制技術(shù)，于世界首家確立了“全SiC”功率模塊的量產(chǎn)體制。

　　內置最先進(jìn)的SiC-SBD和SiC-MOSFET兩種元件，與傳統的Si-IGBT模塊相比，可以將電力轉換時(shí)的損耗降低85%。另外，與IGBT模塊相比，在10倍于其的頻率-100kHz以上的高頻環(huán)境下工作成為可能。該產(chǎn)品的額定電流為100A，通過(guò)高速開(kāi)關(guān)和低損耗化，可以與額定電流為200～400A的Si-IGBT模塊進(jìn)行替換。

　　不僅如此，通過(guò)設計和工藝的改善，羅姆還成功開(kāi)發(fā)出散熱性卓越的模塊。替換傳統的400A級別的Si-IGBT模塊時(shí)，體積可減小約50%。由于損耗低，因此發(fā)熱少，可減小外置的冷卻裝置體積，從而非常有助于設備整體的小型化。

　　羅姆將以SiC為首的功率元件事業(yè)作為發(fā)展戰略之一定位，今后，加強實(shí)現更高耐壓、更大電流的SiC元件/模塊的產(chǎn)品陣容的同時(shí)，不斷推進(jìn)完善SiC 溝槽式MOSFET和SiC-IPM(智能電源模塊)等SiC相關(guān)產(chǎn)品的陣容與量產(chǎn)化。

　　<特點(diǎn)>

　　1) 開(kāi)關(guān)損耗降低85%

　　內置了最先進(jìn)的SiC-SBD與SiC-MOSFET的“全SiC”模塊，與傳統的Si-IGBT相比，開(kāi)關(guān)損耗可降低85%。

　　2) 實(shí)現小型、輕薄封裝

　　通過(guò)設計和工藝改善，成功開(kāi)發(fā)出散熱性卓越的模塊。大大有助于設備的小型化需求。

　　<電路圖>

　　<術(shù)語(yǔ)解說(shuō)>

　　?IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor的簡(jiǎn)稱(chēng))

　　絕緣柵雙極晶體管。給柵極安裝了MOSFET的雙極晶體管。

　　?MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field　Effect　Transistor的簡(jiǎn)稱(chēng))

　　金屬-氧化物-半導體場(chǎng)效應晶體管，是FET中最被普遍使用的結構。作為開(kāi)關(guān)元件使用。

　　?SBD(肖特基勢壘二極管Schottky Barrier Diode　的簡(jiǎn)稱(chēng))

　　使金屬和半導體接觸從而形成肖特基結，利用其可得到整流性(二極管特性)的二極管。具有“無(wú)少數載流子存儲效應，高速性能卓越”的特點(diǎn)。