電動汽車打開應(yīng)用窗口：SiC產(chǎn)品要來了！

“預(yù)計到2021年三季度，汽車及工業(yè)應(yīng)用將占到公司營收的50%份額，其中汽車市場占比將達35%，工業(yè)應(yīng)用市場占比為15%”ROHM半導體集團中國營業(yè)部董事長竹內(nèi)善行對于未來發(fā)展機遇如是表述：“快速增長的電動汽車市場，將為ROHM公司帶來巨大的增長空間”。

12月2日，電動汽車全球頂級賽事“FIA Formula E錦標賽2017-2018（第4賽季）”賽事在香港正式拉開帷幕。全球知名半導體廠商ROHM為文圖瑞電動方程式車隊（VENTURI Formula E Team）提供了“全SiC”功率模塊，在保障效率的同時，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)動部件提供全球最先進的SiC功率元器件。上個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被認為是理想的解決方案。

對此，ROHM半導體（上海）有限公司設(shè)計中心高級經(jīng)理水原德健認為：“由于結(jié)構(gòu)的不同，SiC相對于Si在晶圓尺寸方面具有天然的優(yōu)勢，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、熱導率、衰減電場特性方面，SiC相對于Si產(chǎn)品實現(xiàn)了全方面超越，這也是行業(yè)對其熱情不減的原因?！?/p>

對于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，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，如100V-150V方面，SiC器件則更加偏向于高壓市場應(yīng)用。目前，ROHM在高壓方面，SiC功率器件已經(jīng)可達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，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Cree公司率先推出相關(guān)產(chǎn)品之后，并未在市場上引起很大的波瀾。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，到2020年全球SiC應(yīng)用市場規(guī)模達到5億美元，而到2022年全球SiC市場將會進一步翻一番達到10億美元的規(guī)模。雖然說增長潛力加大，但是產(chǎn)業(yè)規(guī)模較小，成本相對偏高已成為SiC應(yīng)用的主要制約因素。對此，水原德健認為：“雖然SiC產(chǎn)品發(fā)展迅速，但未來Si產(chǎn)品仍將占據(jù)主要的市場份額，SiC產(chǎn)品市場占比預(yù)計將達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。另一方面，ROHM還將進一步突破SiC工藝技術(shù)，提升產(chǎn)品性能?！?水原德健對于SiC技術(shù)改進方面也做了具體介紹：“通過采用獨創(chuàng)的結(jié)構(gòu)，ROHM在全球首家實現(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，導通電阻可降低約50%，同時還提高了開關(guān)性能（輸入電容降低約35%），成為行業(yè)劃時代的里程碑。自2002年開始進行相關(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，并取得了多項世界第一。未來將在風電、光伏、工業(yè)、高鐵、電動/混動汽車、數(shù)據(jù)中心、空調(diào)家電等領(lǐng)域取得廣泛應(yīng)用?！?/p>

電動汽車助力SiC發(fā)展

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

對于電動汽車而言，續(xù)航里程、充電速度及能源利用效率已經(jīng)成為當下消費者選擇的重要因素。其中，電力驅(qū)動系統(tǒng)直接影響著電動汽車性能、可靠性及成本。目前，電動汽車電力驅(qū)動部分仍主要采用硅(Si)基功率器件，許多方面已逼近甚至達到了其材料的本征極限，如電壓阻斷能力、正向?qū)▔航?、器件開關(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，在電動汽車電力驅(qū)動小型化及輕量化的發(fā)展趨勢下，SiC功率器件迎來了前所未有的發(fā)展機遇。

“基于在SiC功率器件方面的領(lǐng)先優(yōu)勢，ROHM主要致力于電動汽車主逆變器、DC/DC轉(zhuǎn)換器、車載充電器、電動壓縮機等單元的研發(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將會得到發(fā)展，從而進一步提高充電效率，縮短充電時間?！?水原德健表示：“相對于其他廠商，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)能減排貢獻自己的力量。”

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，以及電動汽車市場的巨大助力，SiC產(chǎn)品有望迎來快速增長期。與此同時，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，也是SiC產(chǎn)品需要面對的現(xiàn)實問題。