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SiC大行其道 罗姆何以再创半导体活力?

在功率元器件领域中,SiC(碳化硅)作为第三代半导体备受瞩目,与传统使用的Si相比,SiC体积小、功耗低,能让元器件实现低导通电阻、高速开关、高温工作,应用在电源、汽车、铁路、工业设备、家用消费电子设备等各个领域。随着电动车等产业的发展要求,市场对SiC的需求大增。国内外一众厂商,类似Cree、罗姆、泰科天润等均加大在SiC领域的投入力度。

在近日举办的SiC功率器件主题的媒体交流会上,罗姆半导体(深圳)技术中心经理苏勇锦表示:“针对SiC巨大的市场需求,罗姆在两年前已经开始增产SiC产品,我们计划加大资金投入,把2025年的产能增加到2017年的16倍。”

罗姆半导体(深圳)技术中心经理苏勇锦

作为较早一批将SiC功率元器件量产化的厂商之一,罗姆已于2010年成功量产了SiC-DMOS。

SiC(碳化硅)是啥?

有人不禁发问,SiC到底是什么来头,使得众厂商为其争相奔走?

SiC是一种基于硅和碳的复合半导体材料。在生产流程中,专门的SiC衬底被开发出来,然后在晶圆厂中进行加工,得到基于SiC的功率半导体。许多基于SiC的功率半导体和竞争技术都是专用晶体管,它们可以在高电压下开关器件的电流。它们用于电力电子领域,可以实现系统中电力的转换和控制。

得益于其垂直架构,相较于氮化镓和硅,SiC可以承受更高的电压,能适用于1000V以上的应用市场。以硅而言,目前硅基MOSFET多应用在1000V以下,约600~900V之间,若是超过1000V,其芯片体积(ChipSize)会变得很大,以及切换损耗、寄生电容都会跟着提升,另外价格也会大涨,因此较不适用于1000V以上的应用。而SiC因其宽带隙技术脱颖而出。而与传统硅基器件相比,SiC的击穿场强更是传统硅基器件的10倍,导热系数是传统硅基器件的3倍,优势显眼。

总结来看,苏勇锦认为SiC器件主要具备以下三点优势:

1.更低的阻抗,带来更小尺寸的产品设计和更高的效率;

2.更高频率的运行,能让被动元器件做得更小;

3.更高温度的运行,意味着冷却系统可以更简单。

SiC热门领域 罗姆看好电动汽车发展

当初,SiC在光伏包括逆变器、以及UPS这类要求转换效率较高的场景中被广泛应用。随着近年来新能源汽车的发展,SiC在电动汽车包括在混合动力汽车领域得到迅猛发展,需求再创新高。

苏勇锦说明:“随着整个市场的发展,SiC在不同领域的应用呈不同比例发展,从2014年不到一百万美金的市场,发展到现在接近800百万美金的份额,预计未来每年将以30%-50%这样的一个增长速度发展。”

我国作为新能源汽车大国,不断出台相关扶持政策。罗姆非常看好电动汽车领域的应用,因此在中国也有很多汽车客户,包括OEM、Tier厂家,很多汽车厂家都由此使用了SiC器件。在新能源汽车上,SiC主要应用在车载充电器、降压转换器以及主机逆变器等三大方面。苏勇锦表示:“电动汽车未来有三大趋势,一是行驶里程延长,二是缩短充电时间,三是需要更高的电池容量。”

以上趋势对于SiC而言,需求不断增加。因此,罗姆对半导体器件提出更高的要求,比如如何提升使用效率和汽车里程?苏勇锦说到:“我们可以简单把OBC的效率提升一个百分点或者把主机逆变器的效率提升2-3个百分点,轻松提升几十公里的路程。由于传统硅器件已经达到了极限,第三代SiC器件就具备很强的优势。”

在汽车应用领域上,罗姆预测在2020年到2021年期间,国内会有一些厂家直接使用纯SiC器件在主机逆变器上。SiC的逆变器在未来三到五年会有一个比较爆发性的增长,尤其在电控市场上。在电动方程式(Formula-E)赛车中也用到了SiC技术,据了解,罗姆从2016年的第三赛季开始赞助Venturi车队。

随着电池包和SiC成本不断下降,罗姆在电池包大于40-50K一千瓦时的车型上面用600A的SiC模块,达到非常好的经济效益。“500V的型在2021年可能只有一小部分能够达到正的经济效益,但到了2026年,基本上80%以上的500V车型也能达到正的经济效益。这里我们根据电池成本趋势来推算,在高压系统如800V,欧洲很多厂家做电动车,这种车型基本在2021年已经有80%以上的车型,使用SiC会有一个比较好的效益。”苏勇锦表示。

罗姆的市场发展战略

早在2000年,罗姆开始研究SiC,直到2009年收购了欧洲的SiC晶圆厂家SiCrystal,真正有了实质性的进展;2010年推出SiC功率模块,2015年率先推出沟槽型的SiCMOSFET。从2000年到2017年,近20年的时间里,ROHM所生产的SiC晶圆也从2英寸逐渐发展到了可量产6英寸产品(SiC-SBD)。可以说,罗姆从SiC的技术及产品上都在带领业界发展。

跟其他的竞争对手来对比,罗姆在SiC产业链上具备较强的竞争力,从晶棒到晶圆,到封测,罗姆具备一条龙生产的能力,是全球仅有的几家拥有垂直整合生产体系的厂家之一。罗姆的SiC分立器件产品阵容分为两大产品:肖特基二极管、MOSFET。

肖特基二极管分为第二代和第三代,第二代总共650V,从6A到40a,1200V,5a到40A;第三代JBS构造的肖特基二极管,罗姆先研发650V的产品,从2A到20A,接下来会开发1200V的产品;MOSFET分为平面型的第二代、沟槽型第三代。

对于SiC模块的产品,苏勇锦指出,罗姆是全球当先做出全SiC功率模块的厂家,有三个封装类型,C型、E型、G型,它的区别是封装尺寸大小,越大可以放的芯片越多,电流可以做更大。罗姆目前的产品主要集中在1200V,小的电流80A,大的电流600A。罗姆拥有做芯片的实力,不只是前面分立器件,我们还会给一些模组厂提供SiC晶圆。晶圆的产品基本上跟我们分立器件差不多,如第二代的肖特基650V,后面加了30A,有这样一个芯片。1200V、后面的50A。1700V的芯片包括10A,大的能做到50A肖特基。MOSFET就比较多,650V的主要集中在第三代产品。

“罗姆的发展战略集中在汽车电子、工控设备,另外还会重点发展海外市场。重点产品一个是电源相关的,包括SiC、栅极驱动器,与马达推动相关的IPM,模拟IC;此外还有标准产品,通用IC、分立器件等。

2018年4月份-2019年3月份,罗姆的销售额大概在4000亿日币左右,重点在于汽车电子跟工控设备两大领域。目前,罗姆的市场份额,SiC的市场份额,从2013年只有12%左右,到2018年已经达到了23%,非常高的一个市场占有率。大概在明年春季会推出第四代的MOSFET,市场份额将会进一步扩大。

据了解,为了满足新兴领域对SiC产品的需求,罗姆已于2019年4月动工新增SiC前期工序专用工厂——阿波罗新大楼,预计2021年投入使用。为了保持长期稳定的供给,罗姆通过增强自有工厂和封测工厂建立完整的供给体制,这也是罗姆一直坚持的发展方针。

· 2019-07-24 14:15  本新闻来源自:强强智能科技,版权归原创方所有

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