【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(tǒng)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(xiàn)出色，這使得它在新能源汽車、電力電子設備等領域有著廣泛的應用前景。隨著新能源汽車市場的快速增長，碳化硅MOSFET的需求也在不斷增加，尤其是在需要高效率、高可靠性的應用場景中，碳化硅MOSFET的優(yōu)勢更加明顯。
市場研究報告顯示，全球碳化硅MOSFET市場銷售額在2023年達到了4.2億美元，并預計到2030年將達到13億美元，年復合增長率（CAGR）為17.0%。這表明碳化硅MOSFET市場呈現(xiàn)出強勁的增長勢頭。地區(qū)層面來看，中國市場在過去幾年變化較快，預計2030年將達到一定的市場規(guī)模，屆時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(tǒng)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(xiàn)出色，這使得它在新能源汽車、電力電子設備等領域有著廣泛的應用前景。隨著新能源汽車市場的快速增長，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的電驅電控系統(tǒng)，相較于傳統(tǒng)硅基功率半導體器件，碳化硅功率器件在耐壓等級、開關損耗和耐高溫性方面具備許多明顯的優(yōu)勢，有助于實現(xiàn)新能源車電力電子驅動系統(tǒng)輕量化、高效化，它廣泛應用于新能源車的主驅逆變器、OBC、DC/DC 轉換器和非車載充電樁等關鍵電驅電控部件。
為了更好地推動SiC產品研發(fā)落地和業(yè)務開展，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源頗具深意。EcoSiC?這一名稱由兩部分組成：“Eco”寓意“環(huán)保、生態(tài)”，而“SiC”則是羅姆公司重點發(fā)展的碳化硅技術。
具體來說，“EcoSiC?”中的“E”代表地球和元器件，藍色底色象征著羅姆對未來技術創(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。通過這一獨特的設計，羅姆希望EcoSiC?能夠引領碳化硅技術向著更加創(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，助力電動車小型化
從電動汽車的發(fā)展歷程來看，起初，電動車的核心部件主要采用硅基器件。近年來，隨著碳化硅技術的不斷進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需求持續(xù)擴大。
在此背景下，羅姆公司經過多年深入的市場調研和技術研發(fā)，經過多輪驗證后，推出了最新的SiC技術成果——“TRCDRIVE pack?”產品。這一名稱中的“TRC”代表牽引，“DRIVE”代表驅動，該產品是專門為電動汽車主逆變器設計的解決方案，旨在解決客戶在實際應用中的痛點并滿足其具體需求。
TRCDRIVE pack?系列產品有四個特點：
首先是小型化方面的創(chuàng)新?！癟RCDRIVE pack?”產品芯片內部進行了優(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)新點之一。傳統(tǒng)的信號線通常從側面引出，而羅姆將信號線設計在頂部，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。“TRCDRIVE pack?”產品采用了羅姆的第四代SiC MOSFET，其主要特點是在單位面積下的導通電阻達到了業(yè)內領先水平，從而實現(xiàn)了更低的導通損耗和開關損耗。這使得產品不僅能夠實現(xiàn)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?”的真實產品圖，可以非常明顯地看到，和傳統(tǒng)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?”產品實現(xiàn)了高功率密度，通過采用Cu Clip布線技術，該模塊能夠承載更大的電流，是傳統(tǒng)產品功率密度1.5倍左右，普通產品可能出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結構進行了優(yōu)化，采用了三維設計，并對功率端子進行了改進，使其不同于傳統(tǒng)的NPN連接方式。這些改進旨在幫助客戶在實際應用中實現(xiàn)更高的功率密度。同時，“TRCDRIVE pack?”選用了耐高溫、高性能的樹脂材料，有助于解決高溫環(huán)境下的應用問題。
第三，減少安裝工時?！癟RCDRIVE pack?”采用的press fit pin技術可以直接從上方壓接，極大地簡化了安裝過程。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現(xiàn)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，驅動板可以直接放置在上方，功率端子則位于兩側。這種設計不僅簡化了安裝步驟，還對電控系統(tǒng)的小型化設計非常友好。它不僅節(jié)省了空間，還提高了整體布局的靈活性和便捷性，更適合現(xiàn)代緊湊型電子設備的需求。
最后一個優(yōu)點是便于大規(guī)模生產。由于“TRCDRIVE pack?”采用了塑封技術，相比傳統(tǒng)的灌膠模塊，生產工藝更為簡便。從成本控制和批量生產的角度來看，這一設計帶來了顯著的優(yōu)勢。
多款規(guī)格選擇，適配不同應用場景
針對不同應用場景，羅姆推出的“TRCDRIVE pack?”產品陣容可以分為兩個耐壓級別：一是750V，二是1200V。目前許多汽車廠商在400V平臺上也開始采用碳化硅技術，羅姆提前預見了這一市場需求。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。普通轎車可以使用較小的模塊，而高性能車型如超跑或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。
在該系列產品的基礎上，羅姆還計劃在2024年內開發(fā)出封裝尺寸和安裝模式不同的共12款碳化硅模塊產品。此外，目前，羅姆正在開發(fā)配有散熱器的六合一模塊，并將于2024年第二季度開始供應樣品，相比以往的SiC殼體型模塊，功率密度將達1.3倍，將進一步加快符合規(guī)格要求的牽引逆變器設計速度和產品陣容擴展。
值得注意的是，在當前競爭激烈的市場環(huán)境中，單一產品的推出已不足以應對挑戰(zhàn)。因此，羅姆不僅注重產品本身，還在應用與服務層面提供了全面的支持。為了加速TRCDRIVE pack?產品的評估和應用，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，從而支持在接近實際電路條件的狀態(tài)下進行評估。
結語：
EcoSiC?品牌的推出，展示了羅姆從晶圓生產到制造工藝、封裝再到產品設計的全方位戰(zhàn)略布局，彰顯了公司在全球SiC器件發(fā)展中的領導地位。二合一SiC封裝型模塊“TRCDRIVE pack?”充分體現(xiàn)了EcoSiC?品牌的先進性，特別是在終端用戶極為關注的體積和散熱問題上提供了卓越的解決方案，助力實現(xiàn)更高的功率密度。
通過這一系列創(chuàng)新，羅姆不僅提升了產品的性能和可靠性，還為客戶在實際應用中帶來了更高效、更緊湊的解決方案，推動了整個行業(yè)向更高標準邁進。
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