以碳化硅（SiC）為核心的功率半導(dǎo)體，正以其優(yōu)越的性能，在汽車電氣化浪潮中迎來規(guī)模化發(fā)展。

2018年，特斯拉Model 3主驅(qū)逆變器將SiC MOSFET替代傳統(tǒng)的硅基IGBT，一舉將SiC送上新能源汽車的舞臺中心。此后，越來越多汽車品牌、半導(dǎo)體廠商紛紛投身于SiC器件的研發(fā)與應(yīng)用。時至今日，雖然IGBT仍是車用逆變器主流，但其特性已無法滿足更高功率密度、更低功耗、更小尺寸與重量的新需求，這給更具優(yōu)勢的SiC器件帶來了快速上量的時機(jī)。

碳化硅賽道大熱之際，也引來產(chǎn)業(yè)鏈競速布局，各玩家之間的比拼態(tài)勢也日顯焦灼。誰能依托技術(shù)創(chuàng)新與差異化服務(wù)帶來更適應(yīng)“卷”字當(dāng)頭的市場產(chǎn)品，或許誰就能在此番戰(zhàn)局中拔得頭籌。

車載SiC主戰(zhàn)場：牽引逆變器

新能源汽車產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，充分放大了續(xù)航里程焦慮，也成就了SiC的高光時刻。相較于傳統(tǒng)的硅（Si）材料，SiC的優(yōu)點(diǎn)頗多。

“從物理特性看，首先第一點(diǎn)，SiC的禁帶寬度更寬，大約是Si的3倍左右，擊穿場更強(qiáng)，大約是Si的10倍，這樣使得SiC的耐壓特性更好，也就是我們說SiC材料可以做高壓產(chǎn)品的原因就在這里。第二點(diǎn)，SiC的電子飽和速度更高，因而開關(guān)速度更快，這也是為什么說SiC更節(jié)能、更小型化的原因。這是SiC材料的特性，決定它可以做到更高壓，可以做到更高頻。”日前，在全球知名半導(dǎo)體廠商羅姆舉辦的關(guān)于SiC功率器件為主題的媒體溝通會上，來自羅姆日本總部系統(tǒng)解決方案開發(fā)本部的水原德健先生介紹道。

總體上，基于材料特性優(yōu)勢，SiC可主要應(yīng)用于大功率、高電壓和高頻率領(lǐng)域，相對應(yīng)的就是電動汽車、工業(yè)設(shè)備和可再生能源系統(tǒng)等高性能應(yīng)用賽道，而這些恰恰是當(dāng)前極具市場潛力的賽道。

尤其是電動汽車市場，滲透率在持續(xù)增加，像是中國市場，結(jié)合中汽協(xié)數(shù)據(jù)，1-5月中國新能源汽車滲透率已經(jīng)到了36.74%。而涉及DC-DC、OBC、電池以及驅(qū)動單元（牽引逆變器、電機(jī)等）都是SiC功率器件的主要應(yīng)用領(lǐng)域，由此所帶來的SiC功率器件市場增長空間非常強(qiáng)勁。

根據(jù)市場研究公司Yole Group發(fā)布的數(shù)據(jù)，預(yù)計到2029年，SiC功率器件市場規(guī)模將達(dá)到100億美元。并且，2029年，寬帶隙技術(shù)預(yù)計將占據(jù)全球功率電子市場35%以上的份額，其中碳化硅占28.6%。隨著碳化硅在800V電動汽車中的應(yīng)用，預(yù)計未來5年汽車行業(yè)將占設(shè)備市場的近80%。

另根據(jù)羅姆的預(yù)測，到2025財年SiC潛在市場規(guī)模有望超2,000億日元（約合12.43億美元），2028財年將達(dá)到10,000億日元（約合62.17億美元）。

圖片來源：ROHM

水原德健強(qiáng)調(diào)，從SiC功率器件在車載應(yīng)用中的市場規(guī)模來看，牽引逆變器的市場規(guī)模最大。換句話說，目前整個車載SiC的主戰(zhàn)場就是牽引逆變器。“而進(jìn)一步按混合模塊中的二極管、分立二極管、分立晶體管以及全SiC模塊來區(qū)分，可以看到，全SiC模塊整體占比最大。”

隨著電動汽車迅速發(fā)展，更高效、更小型、更輕量的電動動力總成系統(tǒng)的開發(fā)被提上日程。然而另一方面，作為關(guān)鍵器件——SiC功率模塊卻面臨著難以同時減小尺寸并降低損耗的難題。也因此，“市場需要支持小型化和減少工時的全SiC模塊。”水原德健談到。

羅姆推出二合一SiC封裝型模塊

瞄準(zhǔn)這一市場，日前，羅姆面向300kW以下的xEV（電動汽車）用牽引逆變器，特別推出了新品——二合一SiC封裝型模塊“TRCDRIVE pack?”。

據(jù)介紹，該模塊共有4款產(chǎn)品，其中，涉及750V 2個型號為BSTxxxD08P4A1x4，涉及1,200V 2個型號為BSTxxxD12P4A1x1。TRCDRIVE pack?系列產(chǎn)品擁有四大優(yōu)勢，包括小型化、高功率密度、減少安裝工時，以及可實現(xiàn)大量生產(chǎn)。

圖片來源：ROHM

具體來看，在小型化方面，該產(chǎn)品采用羅姆主電流和控制信號分離的自有結(jié)構(gòu)，更大程度地擴(kuò)大了散熱面積，從而實現(xiàn)緊湊型封裝。相比以往的封裝技術(shù)，TRCDRIVEpack?尺寸減小28%。

在高功率密度方面，搭載了低導(dǎo)通電阻的第4代SiC MOSFET，相比普通SiC封裝型模塊，實現(xiàn)了1.5倍的業(yè)界超高功率密度。

另外，模塊頂部配備“press fit pin”引腳，無需焊接電路板，可有效減少安裝工時。同時，通過盡可能擴(kuò)大主電流布線中的電流路徑和采用雙層布線結(jié)構(gòu)，降低了電感值（5.7nH），從而有助于降低開關(guān)時的損耗。

另外在量產(chǎn)方面，據(jù)水原德建透露，該產(chǎn)品雖然是模塊產(chǎn)品，但目前已經(jīng)確立了類似于分立產(chǎn)品的量產(chǎn)體系，與以往普通的SiC殼體型模塊相比，產(chǎn)能提高了約30倍。

當(dāng)然，在如此“內(nèi)卷”的時代，單一產(chǎn)品的推出已無法適應(yīng)激烈的市場競爭環(huán)境。為此，羅姆也在應(yīng)用與服務(wù)層面提供了各種支持。比如為加快TRCDRIVE pack?產(chǎn)品的評估和應(yīng)用，羅姆還提供各種支持資源，其中包括提供電機(jī)測試設(shè)備，從仿真到熱設(shè)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(jìn)行評估。

TRCDRIVE pack?三相全橋用評估套件；圖片來源：ROHM

據(jù)悉，TRCDRIVE pack?新產(chǎn)品將于2024年6月開始暫以月產(chǎn)10萬個的規(guī)模投入量產(chǎn)。

值得一提的是，在該系列產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，羅姆還計劃在2024年內(nèi)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(chǎn)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(yīng)樣品，相比以往的SiC殼體型模塊，功率密度將達(dá)1.3倍，將進(jìn)一步加快符合規(guī)格要求的牽引逆變器設(shè)計速度和產(chǎn)品陣容擴(kuò)展。

圖片來源：ROHM

SiC市場高度競爭，加碼布局進(jìn)行時

電動汽車市場的持續(xù)擴(kuò)大，帶動功率半導(dǎo)體需求增加。現(xiàn)如今，垂直整合已成為功率碳化硅生態(tài)系統(tǒng)的主導(dǎo)趨勢，包括羅姆、意法半導(dǎo)體、安森美半導(dǎo)體和Wolfspeed等賽道龍頭企業(yè)，皆已在其供應(yīng)鏈中擁有內(nèi)部晶圓生長能力。

作為全球頭部半導(dǎo)體制造商之一，也是汽車功率芯片大廠，羅姆可提供從晶圓生產(chǎn)到制造工藝、封裝和品質(zhì)管理方法的一貫制生產(chǎn)體系。近年來其更是將業(yè)務(wù)發(fā)展重點(diǎn)已然轉(zhuǎn)到了碳化硅功率半導(dǎo)體領(lǐng)域。

資料顯示，羅姆目前在日本擁有三個基于碳化硅的功率半導(dǎo)體生產(chǎn)基地，分別是位于福岡縣的阿波羅筑后工廠以及位于宮崎縣的第一和第二工廠，目前正不斷擴(kuò)增以碳化硅功率半導(dǎo)體為中心的半導(dǎo)體產(chǎn)能。

為更好地發(fā)力SiC業(yè)務(wù)，除了新推出二合一SiC封裝型模塊“TRCDRIVE pack?”，羅姆也推出了公司“Power Eco Family（功率節(jié)能家族）”中的碳化硅全新品牌——EcoSiC?。

“EcoSiC?結(jié)合了‘Eco’和‘SiC’兩個術(shù)語，象征著生態(tài)系統(tǒng)和卓越技術(shù)之間的聯(lián)系，也突出了羅姆對提供先進(jìn)和可持續(xù)解決方案的承諾。”水原德健談到，未來，除了碳化硅品牌EcoSiC?和2022年推出的氮化鎵品牌EcoGaN?，羅姆還將為Eco系列添加高性能硅產(chǎn)品。

圖片來源：ROHM

據(jù)水原德健透露，面對巨大潛力的SiC市場，羅姆的SiC業(yè)務(wù)目標(biāo)是到2025財年預(yù)計達(dá)到1,100億日元（約合7.6億美元），2027財年預(yù)計達(dá)到2,200億日元（約合15.2億美元）。并且到2027財年，羅姆要將實現(xiàn)超600億日元（約合413.7百萬美元）的SiC功率模塊業(yè)務(wù)的銷售目標(biāo)。

另在市場拓展方面，預(yù)計到2027財年，歐洲和中國市場將占羅姆SiC全球市場的七成。目前，羅姆在全球范圍內(nèi)已經(jīng)獲得超過130家客戶的訂單。包括基本半導(dǎo)體、芯馳科技、正海集團(tuán)、臻驅(qū)科技，以及吉利等皆與羅姆建立合作。

總體上，SiC正處于一個快速成長和高度競爭的市場，全球功率半導(dǎo)體大廠都在全力投資建廠與布局新品。不難想象，未來隨著市場規(guī)模不斷擴(kuò)大，SiC功率器件的競爭也將更為激烈。而站在碳化硅器件快速上車的春天里，羅姆已然整裝待發(fā)。

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