【導讀】碳化硅（SiC）作為一種第三代半導體材料，具有耐高壓、耐高頻的特性，相比傳統的硅基半導體，碳化硅MOSFET在功率轉換效率、損耗降低方面表現出色，這使得它在新能源汽車(chē)、電力電子設備等領(lǐng)域有著(zhù)廣泛的應用前景。隨著(zhù)新能源汽車(chē)市場(chǎng)的快速增長(cháng)，碳化硅MOSFET的需求也在不斷增加，尤其是在需要高效率、高可靠性的應用場(chǎng)景中，碳化硅MOSFET的優(yōu)勢更加明顯。
市場(chǎng)研究報告顯示，全球碳化硅MOSFET市場(chǎng)銷(xiāo)售額在2023年達到了4.2億美元，并預計到2030年將達到13億美元，年復合增長(cháng)率（CAGR）為17.0%。這表明碳化硅MOSFET市場(chǎng)呈現出強勁的增長(cháng)勢頭。地區層面來(lái)看，中國市場(chǎng)在過(guò)去幾年變化較快，預計2030年將達到一定的市場(chǎng)規模，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體材料，具有耐高壓、耐高頻的特性，相比傳統的硅基半導體，碳化硅MOSFET在功率轉換效率、損耗降低方面表現出色，這使得它在新能源汽車(chē)、電力電子設備等領(lǐng)域有著(zhù)廣泛的應用前景。隨著(zhù)新能源汽車(chē)市場(chǎng)的快速增長(cháng)，碳化硅MOSFET的需求也在不斷增加，尤其是在需要高效率、高可靠性的應用場(chǎng)景中，碳化硅MOSFET的優(yōu)勢更加明顯。
碳化硅功率器件主要應用于新能源車(chē)的電驅電控系統，相較于傳統硅基功率半導體器件，碳化硅功率器件在耐壓等級、開(kāi)關(guān)損耗和耐高溫性方面具備許多明顯的優(yōu)勢，有助于實(shí)現新能源車(chē)電力電子驅動(dòng)系統輕量化、高效化，它廣泛應用于新能源車(chē)的主驅逆變器、OBC、DC/DC 轉換器和非車(chē)載充電樁等關(guān)鍵電驅電控部件。
為了更好地推動(dòng)SiC產(chǎn)品研發(fā)落地和業(yè)務(wù)開(kāi)展，全球知名半導體制造商羅姆（ROHM）推出了EcoSiC?品牌，該品牌設計理念和來(lái)源頗具深意。EcoSiC?這一名稱(chēng)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(lái)說(shuō)，“EcoSiC?”中的“E”代表地球和元器件，藍色底色象征著(zhù)羅姆對未來(lái)技術(shù)創(chuàng )新的追求以及對環(huán)境保護的承諾?！癝iC”中的“i”字母上方的點(diǎn)采用了六邊形設計，這是因為目前主流的碳化硅器件均為6H-SiC結構。通過(guò)這一獨特的設計，羅姆希望EcoSiC?能夠引領(lǐng)碳化硅技術(shù)向著(zhù)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(chē)小型化
從電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展歷程來(lái)看，起初，電動(dòng)車(chē)的核心部件主要采用硅基器件。近年來(lái)，隨著(zhù)碳化硅技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的逐步降低，碳化硅器件的應用范圍已不再局限于高端車(chē)型，而是逐漸普及到了中低端及低壓平臺。碳化硅模塊的應用范圍和市場(chǎng)需求持續擴大。
在此背景下，羅姆公司經(jīng)過(guò)多年深入的市場(chǎng)調研和技術(shù)研發(fā)，經(jīng)過(guò)多輪驗證后，推出了最新的SiC技術(shù)成果——“TRCDRIVE pack?”產(chǎn)品。這一名稱(chēng)中的“TRC”代表牽引，“DRIVE”代表驅動(dòng)，該產(chǎn)品是專(zhuān)門(mén)為電動(dòng)汽車(chē)主逆變器設計的解決方案，旨在解決客戶(hù)在實(shí)際應用中的痛點(diǎn)并滿(mǎn)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?！癟RCDRIVE pack?”產(chǎn)品芯片內部進(jìn)行了優(yōu)秀的均流設計，將主電流路徑與控制信號路徑分離，這是羅姆的最大創(chuàng )新點(diǎn)之一。傳統的信號線(xiàn)通常從側面引出，而羅姆將信號線(xiàn)設計在頂部，這使得模塊的整體尺寸減少28%。這一設計主要得益于press fit pin工藝的應用?！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通電阻達到了業(yè)內領(lǐng)先水平，從而實(shí)現了更低的導通損耗和開(kāi)關(guān)損耗。這使得產(chǎn)品不僅能夠實(shí)現小型化，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”方式的控制用信號引腳。
其次，“TRCDRIVE pack?”產(chǎn)品實(shí)現了高功率密度，通過(guò)采用Cu Clip布線(xiàn)技術(shù)，該模塊能夠承載更大的電流，是傳統產(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?”對內部Clip結構進(jìn)行了優(yōu)化，采用了三維設計，并對功率端子進(jìn)行了改進(jìn)，使其不同于傳統的NPN連接方式。這些改進(jìn)旨在幫助客戶(hù)在實(shí)際應用中實(shí)現更高的功率密度。同時(shí)，“TRCDRIVE pack?”選用了耐高溫、高性能的樹(shù)脂材料，有助于解決高溫環(huán)境下的應用問(wèn)題。
第三，減少安裝工時(shí)?！癟RCDRIVE 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(guò)程。如果信號pin從側面引出，則可能需要使用彎角連接器才能實(shí)現從上方壓接，或者需要將PCB板側面安裝，這兩種方式都不太方便。
相比之下，采用Press fit pin技術(shù)，驅動(dòng)板可以直接放置在上方，功率端子則位于兩側。這種設計不僅簡(jiǎn)化了安裝步驟，還對電控系統的小型化設計非常友好。它不僅節省了空間，還提高了整體布局的靈活性和便捷性，更適合現代緊湊型電子設備的需求。
最后一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是便于大規模生產(chǎn)。由于“TRCDRIVE pack?”采用了塑封技術(shù)，相比傳統的灌膠模塊，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(lái)看，這一設計帶來(lái)了顯著(zhù)的優(yōu)勢。
多款規格選擇，適配不同應用場(chǎng)景
針對不同應用場(chǎng)景，羅姆推出的“TRCDRIVE pack?”產(chǎn)品陣容可以分為兩個(gè)耐壓級別：一是750V，二是1200V。目前許多汽車(chē)廠(chǎng)商在400V平臺上也開(kāi)始采用碳化硅技術(shù)，羅姆提前預見(jiàn)了這一市場(chǎng)需求。其中，750V版本適用于低壓平臺，而1200V版本則針對高壓平臺。
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不同的功率需求。普通轎車(chē)可以使用較小的模塊，而高性能車(chē)型如超跑或SUV，則可使用較大的模塊，以適應更高的輸出功率。最大輸出電流可以達到700A以上。
在該系列產(chǎn)品的基礎上，羅姆還計劃在2024年內開(kāi)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(kāi)發(fā)配有散熱器的六合一模塊，并將于2024年第二季度開(kāi)始供應樣品，相比以往的SiC殼體型模塊，功率密度將達1.3倍，將進(jìn)一步加快符合規格要求的牽引逆變器設計速度和產(chǎn)品陣容擴展。
值得注意的是，在當前競爭激烈的市場(chǎng)環(huán)境中，單一產(chǎn)品的推出已不足以應對挑戰。因此，羅姆不僅注重產(chǎn)品本身，還在應用與服務(wù)層面提供了全面的支持。為了加速TRCDRIVE pack?產(chǎn)品的評估和應用，羅姆提供了多種支持資源：其中包括提供電機測試設備，從仿真到熱設計的豐富解決方案，還有雙脈沖測試用和三相全橋用的兩種評估套件，從而支持在接近實(shí)際電路條件的狀態(tài)下進(jìn)行評估。
結語(yǔ)：
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)品設計的全方位戰略布局，彰顯了公司在全球SiC器件發(fā)展中的領(lǐng)導地位。二合一SiC封裝型模塊“TRCDRIVE pack?”充分體現了EcoSiC?品牌的先進(jìn)性，特別是在終端用戶(hù)極為關(guān)注的體積和散熱問(wèn)題上提供了卓越的解決方案，助力實(shí)現更高的功率密度。
通過(guò)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(hù)在實(shí)際應用中帶來(lái)了更高效、更緊湊的解決方案，推動(dòng)了整個(gè)行業(yè)向更高標準邁進(jìn)。
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