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罗姆的创新工厂将增加 SiC 功率器件的产量

2022-07-26 17:24:00

罗姆最近在日本筑后市的罗姆阿波罗工厂完成了一座新建筑。该设施旨在提高碳化硅（SiC）功率器件的生产能力。这座创新建筑采用工厂自动化和可再生节能技术，从生态角度看待制造业

Rohm Semiconductor USA 总裁 Jay Barrus 和技术营销经理 Ming Su 在接受 EE Times 采访时强调了 SiC 技术如何在电动汽车 (EV)和工业设备中发展，以及 Rohm 如何继续在这方面进行投资区域。Barrus 和 Su 表示，Rohm 正在努力通过增加晶圆尺寸直径来提高制造效率

“从一般角度来看，要成为可靠的供应商，需要考虑三个因素：技术、成本和供应可用性，”Barrus 说。“后者在今天不是什么大问题，但可能会在未来几个月内发挥作用。我们最近宣布阿波罗工厂已经启动并运行，我们期待未来的生产会有好结果。”

“价格是我们不仅在市场上认为真实的东西；我们认为它是某些应用的关键要素，”他补充道。“我们正在为我们的客户提供 SiC 的技术优势和成本结构，以转向碳化硅。”

除了这座新大楼外，生产 SiC 晶片的罗门集团公司 SiCrystal GmbH 将开始使用 100% 可再生能源进行生产，从而将工厂购买能源的 CO 2排放量降至零。“所有主要的 SiC 晶圆生产工艺都将使用可再生能源，”Barrus 说。

杰伊·巴鲁斯

碳化硅设施

Rohm 的 Apollo 工厂生产采用先进技术的 SiC 解决方案。自动化的重要性涉及 SiC 制造流程中的工业 4.0 方法，其中高效的基板制造决定了所有最终设备的成功。“我们的新设施有两个主要特点，”巴鲁斯说。“首先，在我们所在的地区，我们必须注意地震。日本作为一个整体，一直对此非常敏感，在这种情况下，这家工厂的设计不仅是为了生产效率，更重要的是为了人们的安全。另一个有趣的事情是通过可再生资源为建筑物供电，这表明我们是一家对环境负责的公司，并且我们以非常低的碳足迹管理设施。”

“在应用方面，我们正在大力推动汽车和工业市场，”他补充道。“在汽车方面，我们正在使用牵引逆变器和车载充电器等常见设备解决汽车电气化的关键应用。”

在传统的车载充电系统中，有一个桥式整流器将输入的交流电压转换为直流电压，但在整流过程中，功率转换阶段存在高导通、开关损耗和发热问题。

对于 SiC 模块，Rohm 指出，材料选择是提供最佳热性能的重要因素。“传统上，功率模块使用基于氧化铝陶瓷的 PVC，”苏明说。他补充说：“但现在，人们希望使用更昂贵、导热性更高的陶瓷材料，例如氮化硅，因此我们可以确保适当尺寸的芯片能够处理最大可能的电流，而不会影响寄生元件和各种限制开关速度的电感。”

苏明

目标是提供下一代 SiC MOSFET 以优化性能。由于数量和相对于 IGBT 的竞争力，Su 指出仍然需要优化成本。“我们计划在今年年底前推出新一代的量产车型，以支持电动汽车的生产，”苏明说。

“该公司的第四代 SiC MOSFET 在更薄的 SiC 裸片上使用双沟槽 MOSFET 结构，将 R DS(ON)降低 40%，”Barrus 说。“对于大功率系统，MOSFET芯片级电流密度的增加将与碳化硅芯片两侧的焊接和银烧结兼容性相结合，以通过灵活的模块封装实现更高的功率循环可靠性和更好的热性能。”

IGBT牵引逆变器仍有市场，尤其是对于更传统的混合动力汽车。SiC 会比 IGBT 更贵，但与 IGBT 进步相比，它肯定能提高整体效率。“我们正在使用 6 英寸晶圆优化 SiC 的生产效率，”Su 说。“而且在未来，我们肯定已经准备好进一步准备和升级到 8 英寸晶圆，这将提高生产力并降低每个裸片的成本。”

与硅版本相比，功率 MOSFET 中的 SiC 具有一系列优势，例如更高的导电性、更快的开关速度和更少的功率损耗。它还可以在更高的温度和电压下工作。凭借这些优势，它提高了功率 MOSFET 的效率和功率密度。

与硅版本对应物相比，SiC 肖特基二极管提供更高的开关性能、更高的效率、更高的功率密度和更低的系统成本。这些二极管提供最小的反向恢复、低正向压降、浪涌电流能力、高电压额定值和正温度系数。

新二极管面向各种应用的电源转换器设计人员，包括光伏太阳能逆变器、电动汽车充电器、电源和汽车应用。与硅相比，它具有更低的漏电流和更高的掺杂。

另一方面，碳化硅二极管面临的挑战是在性能方面的差异化以及提供非常优惠的价格。Rohm 提供 1,200-V 和 650-V 解决方案。最近的肖特基势垒二极管产品包括 JBS 结构，它在芯片内部嵌入了 pn 结，使我们能够抑制关态泄漏电流并提高浪涌电流处理能力。“作为我们的第 3 代碳化硅二极管，该产品目前提供 650 V 电压，很快我们也将推出 1,200 V 电压，”苏明说。

“我们的 SiC 产品线从 650 V 到 1,700 V；对于 GaN 器件，业界关注 600 或 650 V，”Su 说。“我们正在优先开发 150 V 的 GaN，这将应用于一些基站应用和其他支持 40 至 48 V 总线架构的电源转换器。”

在宽禁带半导体领域，金刚石是另一种具有多种卓越性能的材料，包括无与伦比的热导率、高载流子迁移率和高电场击穿强度。金刚石的物理特性为大功率电子技术在运输和能源领域的应用提供了巨大的潜力。目前该领域的研究正在进行中。