電動(dòng)汽車打開應(yīng)用窗口：SiC產(chǎn)品要來了！

　　“預(yù)計(jì)到2021年三季度，汽車及工業(yè)應(yīng)用將占到公司營(yíng)收的50%份額，其中汽車市場(chǎng)占比將達(dá)35%，工業(yè)應(yīng)用市場(chǎng)占比為15%”ROHM半導(dǎo)體集團(tuán)中國(guó)營(yíng)業(yè)部董事長(zhǎng)竹內(nèi)善行對(duì)于未來發(fā)展機(jī)遇如是表述：“快速增長(zhǎng)的電動(dòng)汽車市場(chǎng)，將為ROHM公司帶來巨大的增長(zhǎng)空間”。

　　12月2日，電動(dòng)汽車全球頂級(jí)賽事“FIA Formula E錦標(biāo)賽2017-2018(第4賽季)”賽事在香港正式拉開帷幕。全球知名半導(dǎo)體廠商ROHM為文圖瑞電動(dòng)方程式車隊(duì)(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(jié)能方面表現(xiàn)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，為逆變器這一賽車核心驅(qū)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(xiàn)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)品開始出現(xiàn)技術(shù)瓶頸，在高溫、高壓及高頻應(yīng)用時(shí)損耗較大。除此之外，硅產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特性，決定了其在體積減小及散熱方面必將出現(xiàn)矛盾。為此，行業(yè)也在不斷嘗試開發(fā)替代方案，其中SiC和GaN被認(rèn)為是理想的解決方案?！?/p>

　　對(duì)此，ROHM半導(dǎo)體(上海)有限公司設(shè)計(jì)中心高級(jí)經(jīng)理水原德健認(rèn)為：“由于結(jié)構(gòu)的不同，SiC相對(duì)于Si在晶圓尺寸方面具有天然的優(yōu)勢(shì)，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(tǒng)體積。總體而言，在高溫、高頻、高壓、熱導(dǎo)率、衰減電場(chǎng)特性方面，SiC相對(duì)于Si產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了全方面超越，這也是行業(yè)對(duì)其熱情不減的原因?！?/p>

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

　　持續(xù)發(fā)力SiC功率器件

　　回顧SiC產(chǎn)品發(fā)展歷程，在2003年美國(guó)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)界才開始將更多關(guān)注度放在SiC產(chǎn)品，目前主要廠商包括ROHM、Infineon以及Cree公司。

　　據(jù)YOLE預(yù)測(cè)，到2020年全球SiC應(yīng)用市場(chǎng)規(guī)模達(dá)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(dá)到10億美元的規(guī)模。雖然說增長(zhǎng)潛力加大，但是產(chǎn)業(yè)規(guī)模較小，成本相對(duì)偏高已成為SiC應(yīng)用的主要制約因素。對(duì)此，水原德健認(rèn)為：“雖然SiC產(chǎn)品發(fā)展迅速，但未來Si產(chǎn)品仍將占據(jù)主要的市場(chǎng)份額，SiC產(chǎn)品市場(chǎng)占比預(yù)計(jì)將達(dá)10%左右”。

　　“在成本降低方面，我們已經(jīng)開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(xù)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(duì)于SiC技術(shù)改進(jìn)方面也做了具體介紹：“通過采用獨(dú)創(chuàng)的結(jié)構(gòu)，ROHM在全球首家實(shí)現(xiàn)了采用溝槽結(jié)構(gòu)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(dǎo)通電阻可降低約50%，同時(shí)還提高了開關(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年開始進(jìn)行相關(guān)研發(fā)以來，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(xiàng)世界第一。未來將在風(fēng)電、光伏、工業(yè)、高鐵、電動(dòng)/混動(dòng)汽車、數(shù)據(jù)中心、空調(diào)家電等領(lǐng)域取得廣泛應(yīng)用。”

　　電動(dòng)汽車助力SiC發(fā)展

　　近年來，在全球節(jié)能減排的背景下，電動(dòng)汽車成為各國(guó)政府重點(diǎn)關(guān)注的方向。據(jù)波士頓咨詢公司(BCG)最新報(bào)告顯示，電動(dòng)汽車正越來越受到人們歡迎，預(yù)計(jì)到2030年近一半的新車銷量將是電動(dòng)汽車。中國(guó)汽車銷量在2019年將達(dá)到約2800萬輛，其中電動(dòng)汽車的銷量約為10%，達(dá)到280萬輛。由此可見，電動(dòng)汽車已經(jīng)成為全球可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

　　對(duì)于電動(dòng)汽車而言，續(xù)航里程、充電速度及能源利用效率已經(jīng)成為當(dāng)下消費(fèi)者選擇的重要因素。其中，電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)直接影響著電動(dòng)汽車性能、可靠性及成本。目前，電動(dòng)汽車電力驅(qū)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(dá)到了其材料的本征極限，如電壓阻斷能力、正向?qū)▔航怠⑵骷_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)汽車電力驅(qū)動(dòng)小型化及輕量化的發(fā)展趨勢(shì)下，SiC功率器件迎來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。

　　“基于在SiC功率器件方面的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，ROHM主要致力于電動(dòng)汽車主逆變器、DC/DC轉(zhuǎn)換器、車載充電器、電動(dòng)壓縮機(jī)等單元的研發(fā)生產(chǎn)。目前，車載充電器搭載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(duì)于其他廠商，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，為用戶提供高品質(zhì)的產(chǎn)品和服務(wù)，為節(jié)能減排貢獻(xiàn)自己的力量?！?/p>

　　小結(jié)：

　　過去幾年，由于產(chǎn)能及成本限制使得SiC產(chǎn)品一直束之高閣。隨著技術(shù)的不斷更新?lián)Q代，以及電動(dòng)汽車市場(chǎng)的巨大助力，SiC產(chǎn)品有望迎來快速增長(zhǎng)期。與此同時(shí)，如何與硅基產(chǎn)品構(gòu)建的系統(tǒng)融合，最大限度地發(fā)揮性能優(yōu)勢(shì)，也是SiC產(chǎn)品需要面對(duì)的現(xiàn)實(shí)問題。