電動(dòng)汽車(chē)打開(kāi)應用窗口：SiC產(chǎn)品要來(lái)了！

　　“預計到2021年三季度，汽車(chē)及工業(yè)應用將占到公司營(yíng)收的50%份額，其中汽車(chē)市場(chǎng)占比將達35%，工業(yè)應用市場(chǎng)占比為15%”ROHM半導體集團中國營(yíng)業(yè)部董事長(cháng)竹內善行對于未來(lái)發(fā)展機遇如是表述：“快速增長(cháng)的電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)，將為ROHM公司帶來(lái)巨大的增長(cháng)空間”。

　　12月2日，電動(dòng)汽車(chē)全球頂級賽事“FIA Formula E錦標賽2017-2018(第4賽季)”賽事在香港正式拉開(kāi)帷幕。全球知名半導體廠(chǎng)商ROHM為文圖瑞電動(dòng)方程式車(chē)隊(VENTURI Formula E Team)提供了“全SiC”功率模塊，在保障效率的同時(shí)，大幅度降低逆變器尺寸及重量，在輕量化及節能方面表現優(yōu)異。

　　ROHM作為SiC功率元器件的領(lǐng)軍企業(yè)，從第3賽季開(kāi)始與文圖瑞簽署官方技術(shù)合作協(xié)議，為逆變器這一賽車(chē)核心驅動(dòng)部件提供全球最先進(jìn)的SiC功率元器件。上個(gè)賽季僅提供了二極管(SiC-SBD)，但從第4賽季開(kāi)始，將提供集成了晶體管與二極管的“全SiC”功率模塊，與未搭載SiC的第2賽季的逆變器相比，成功實(shí)現43%的小型化與6kg的輕量化。

　　為什么要用SiC器件?

　　我們都知道，在經(jīng)歷了三十年左右時(shí)間發(fā)展，硅(Si)產(chǎn)品開(kāi)始出現技術(shù)瓶頸，在高溫、高壓及高頻應用時(shí)損耗較大。除此之外，硅產(chǎn)品的結構特性，決定了其在體積減小及散熱方面必將出現矛盾。為此，行業(yè)也在不斷嘗試開(kāi)發(fā)替代方案，其中SiC和GaN被認為是理想的解決方案?！?/p>

　　對此，ROHM半導體(上海)有限公司設計中心高級經(jīng)理水原德健認為：“由于結構的不同，SiC相對于Si在晶圓尺寸方面具有天然的優(yōu)勢，其元器件尺寸可減小為硅產(chǎn)品的1/2。此外，由于SiC可以曾受高頻特性，無(wú)緣器件尺寸可減小為硅產(chǎn)品的1/10。另外，基于耐高溫特性，SiC可以采用風(fēng)冷形式，大幅度降低冷卻系統體積?？傮w而言，在高溫、高頻、高壓、熱導率、衰減電場(chǎng)特性方面，SiC相對于Si產(chǎn)品實(shí)現了全方面超越，這也是行業(yè)對其熱情不減的原因?！?/p>

　　對于SiC和GaN誰(shuí)更具前景的問(wèn)題，水原德健也做了具體的說(shuō)明：“雖然說(shuō)SiC和GaN都被行業(yè)寄予厚望，GaN或許更具成本優(yōu)勢，但這二者將擁有各自的應用領(lǐng)域。GaN更多地面向低壓應用市場(chǎng)，如100V-150V方面，SiC器件則更加偏向于高壓市場(chǎng)應用。目前，ROHM在高壓方面，SiC功率器件已經(jīng)可達1700V，3300V-6500V樣品也已經(jīng)具備。未來(lái)，ROHM在SiC和GaN方面都將持續跟進(jìn)，為用戶(hù)提供全方位解決方案?！?/p>

　　持續發(fā)力SiC功率器件

　　回顧SiC產(chǎn)品發(fā)展歷程，在2003年美國Cree公司率先推出相關(guān)產(chǎn)品之后，并未在市場(chǎng)上引起很大的波瀾。直到2010年之后，業(yè)界才開(kāi)始將更多關(guān)注度放在SiC產(chǎn)品，目前主要廠(chǎng)商包括ROHM、Infineon以及Cree公司。

　　據YOLE預測，到2020年全球SiC應用市場(chǎng)規模達到5億美元，而到2022年全球SiC市場(chǎng)將會(huì )進(jìn)一步翻一番達到10億美元的規模。雖然說(shuō)增長(cháng)潛力加大，但是產(chǎn)業(yè)規模較小，成本相對偏高已成為SiC應用的主要制約因素。對此，水原德健認為：“雖然SiC產(chǎn)品發(fā)展迅速，但未來(lái)Si產(chǎn)品仍將占據主要的市場(chǎng)份額，SiC產(chǎn)品市場(chǎng)占比預計將達10%左右”。

　　“在成本降低方面，我們已經(jīng)開(kāi)始使用更大尺寸晶圓工藝，大幅度提升產(chǎn)能。此外，在拉伸精度及切割精度等方面持續改進(jìn)。另一方面，ROHM還將進(jìn)一步突破SiC工藝技術(shù)，提升產(chǎn)品性能?！?水原德健對于SiC技術(shù)改進(jìn)方面也做了具體介紹：“通過(guò)采用獨創(chuàng )的結構，ROHM在全球首家實(shí)現了采用溝槽結構的SiC-MOSFET的量產(chǎn)。與已經(jīng)在量產(chǎn)中的平面型SiC-MOSFET相比，導通電阻可降低約50%，同時(shí)還提高了開(kāi)關(guān)性能(輸入電容降低約35%)，成為行業(yè)劃時(shí)代的里程碑。自2002年開(kāi)始進(jìn)行相關(guān)研發(fā)以來(lái)，ROHM在SiC功率器件方面已經(jīng)處于行業(yè)領(lǐng)先地位，并取得了多項世界第一。未來(lái)將在風(fēng)電、光伏、工業(yè)、高鐵、電動(dòng)/混動(dòng)汽車(chē)、數據中心、空調家電等領(lǐng)域取得廣泛應用?！?/p>

　　電動(dòng)汽車(chē)助力SiC發(fā)展

　　近年來(lái)，在全球節能減排的背景下，電動(dòng)汽車(chē)成為各國政府重點(diǎn)關(guān)注的方向。據波士頓咨詢(xún)公司(BCG)最新報告顯示，電動(dòng)汽車(chē)正越來(lái)越受到人們歡迎，預計到2030年近一半的新車(chē)銷(xiāo)量將是電動(dòng)汽車(chē)。中國汽車(chē)銷(xiāo)量在2019年將達到約2800萬(wàn)輛，其中電動(dòng)汽車(chē)的銷(xiāo)量約為10%，達到280萬(wàn)輛。由此可見(jiàn)，電動(dòng)汽車(chē)已經(jīng)成為全球可持續發(fā)展的必然趨勢。

　　對于電動(dòng)汽車(chē)而言，續航里程、充電速度及能源利用效率已經(jīng)成為當下消費者選擇的重要因素。其中，電力驅動(dòng)系統直接影響著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)性能、可靠性及成本。目前，電動(dòng)汽車(chē)電力驅動(dòng)部分仍主要采用硅(Si)基功率器件，許多方面已逼近甚至達到了其材料的本征極限，如電壓阻斷能力、正向導通壓降、器件開(kāi)關(guān)速度等，尤其在高頻和高功率領(lǐng)域更顯示出其局限性。因此，在電動(dòng)汽車(chē)電力驅動(dòng)小型化及輕量化的發(fā)展趨勢下，SiC功率器件迎來(lái)了前所未有的發(fā)展機遇。

　　“基于在SiC功率器件方面的領(lǐng)先優(yōu)勢，ROHM主要致力于電動(dòng)汽車(chē)主逆變器、DC/DC轉換器、車(chē)載充電器、電動(dòng)壓縮機等單元的研發(fā)生產(chǎn)。目前，車(chē)載充電器搭載SiC SBD已經(jīng)成為主流。今后，搭載支持高耐壓、高效率的SiC MOSFET將會(huì )得到發(fā)展，從而進(jìn)一步提高充電效率，縮短充電時(shí)間?！?水原德健表示：“相對于其他廠(chǎng)商，ROHM具有從上游材料、晶圓芯片、SiC模塊到功率器件完整的產(chǎn)業(yè)鏈布局，并且能夠提供與功率元器件控制IC及電源、變壓器、二極管、分流電阻器等各種通用產(chǎn)品配套的解決方案，為用戶(hù)提供高品質(zhì)的產(chǎn)品和服務(wù)，為節能減排貢獻自己的力量?！?/p>

　　小結：

　　過(guò)去幾年，由于產(chǎn)能及成本限制使得SiC產(chǎn)品一直束之高閣。隨著(zhù)技術(shù)的不斷更新?lián)Q代，以及電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)的巨大助力，SiC產(chǎn)品有望迎來(lái)快速增長(cháng)期。與此同時(shí)，如何與硅基產(chǎn)品構建的系統融合，最大限度地發(fā)揮性能優(yōu)勢，也是SiC產(chǎn)品需要面對的現實(shí)問(wèn)題。