以碳化硅為核心的功率半導(dǎo)體，正以其優(yōu)越的性能，在汽車(chē)電氣化浪潮中迎來(lái)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(chē)的舞臺(tái)中心。此后，越來(lái)越多汽車(chē)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(shí)至今日，雖然IGBT仍是車(chē)用逆變器主流，但其特性已無(wú)法滿(mǎn)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(shì)的SiC器件帶來(lái)了快速上量的時(shí)機(jī)。
碳化硅賽道大熱之際，也引來(lái)產(chǎn)業(yè)鏈競(jìng)速布局，各玩家之間的比拼態(tài)勢(shì)也日顯焦灼。誰(shuí)能依托技術(shù)創(chuàng)新與差異化服務(wù)帶來(lái)更適應(yīng)“卷”字當(dāng)頭的市場(chǎng)產(chǎn)品，或許誰(shuí)就能在此番戰(zhàn)局中拔得頭籌。
車(chē)載SiC主戰(zhàn)場(chǎng):牽引逆變器
新能源汽車(chē)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(shí)刻。相較于傳統(tǒng)的硅材料，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(chǎng)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(shuō)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(kāi)關(guān)速度更快，這也是為什么說(shuō)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(huì)上，來(lái)自羅姆日本總部系統(tǒng)解決方案開(kāi)發(fā)本部的水原德健先生介紹道。
總體上，基于材料特性?xún)?yōu)勢(shì)，SiC可主要應(yīng)用于大功率、高電壓和高頻率領(lǐng)域，相對(duì)應(yīng)的就是電動(dòng)汽車(chē)、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(chǎng)潛力的賽道。
尤其是電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)，滲透率在持續(xù)增加，像是中國(guó)市場(chǎng)，結(jié)合中汽協(xié)數(shù)據(jù)，1-5月中國(guó)新能源汽車(chē)滲透率已經(jīng)到了36.74%。而涉及DC-DC、OBC、電池以及驅(qū)動(dòng)單元都是SiC功率器件的主要應(yīng)用領(lǐng)域，由此所帶來(lái)的SiC功率器件市場(chǎng)增長(zhǎng)空間非常強(qiáng)勁。
根據(jù)市場(chǎng)研究公司Yole Group發(fā)布的數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)到2029年，SiC功率器件市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到100億美元。并且，2029年，寬帶隙技術(shù)預(yù)計(jì)將占據(jù)全球功率電子市場(chǎng)35%以上的份額，其中碳化硅占28.6%。隨著碳化硅在800V電動(dòng)汽車(chē)中的應(yīng)用，預(yù)計(jì)未來(lái)5年汽車(chē)行業(yè)將占設(shè)備市場(chǎng)的近80%。
另根據(jù)羅姆的預(yù)測(cè)，到2025財(cái)年SiC潛在市場(chǎng)規(guī)模有望超2,000億日元，2028財(cái)年將達(dá)到10,000億日元(約合62.17億美元)。
水原德健強(qiáng)調(diào)，從SiC功率器件在車(chē)載應(yīng)用中的市場(chǎng)規(guī)模來(lái)看，牽引逆變器的市場(chǎng)規(guī)模最大。換句話(huà)說(shuō)，目前整個(gè)車(chē)載SiC的主戰(zhàn)場(chǎng)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(lái)區(qū)分，可以看到，全SiC模塊整體占比最大。”
隨著電動(dòng)汽車(chē)迅速發(fā)展，更高效、更小型、更輕量的電動(dòng)動(dòng)力總成系統(tǒng)的開(kāi)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(shí)減小尺寸并降低損耗的難題。也因此，“市場(chǎng)需要支持小型化和減少工時(shí)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(chǎng)，日前，羅姆面向300kW以下的xEV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(gè)型號(hào)為BSTxxxD08P4A1x4，涉及1,200V 2個(gè)型號(hào)為BSTxxxD12P4A1x1。TRCDRIVE pack?系列產(chǎn)品擁有四大優(yōu)勢(shì)，包括小型化、高功率密度、減少安裝工時(shí)，以及可實(shí)現(xiàn)大量生產(chǎn)。
具體來(lái)看，在小型化方面，該產(chǎn)品采用羅姆主電流和控制信號(hào)分離的自有結(jié)構(gòu)，更大程度地?cái)U(kuò)大了散熱面積，從而實(shí)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(shí)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(wú)需焊接電路板，可有效減少安裝工時(shí)。同時(shí)，通過(guò)盡可能擴(kuò)大主電流布線(xiàn)中的電流路徑和采用雙層布線(xiàn)結(jié)構(gòu)，降低了電感值，從而有助于降低開(kāi)關(guān)時(shí)的損耗。
另外在量產(chǎn)方面，據(jù)水原德健透露，該產(chǎn)品雖然是模塊產(chǎn)品，但目前已經(jīng)確立了類(lèi)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(shí)代，單一產(chǎn)品的推出已無(wú)法適應(yīng)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(píng)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(cè)試設(shè)備，從仿真到熱設(shè)計(jì)的豐富解決方案，還有雙脈沖測(cè)試用和三相全橋用的兩種評(píng)估套件，從而支持在接近實(shí)際電路條件的狀態(tài)下進(jìn)行評(píng)估。
據(jù)悉，TRCDRIVE pack?新產(chǎn)品將于2024年6月開(kāi)始暫以月產(chǎn)10萬(wàn)個(gè)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(jì)劃在2024年內(nèi)開(kāi)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(kāi)發(fā)配有散熱器的六合一模塊，并將于2024年第二季度開(kāi)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(jì)速度和產(chǎn)品陣容擴(kuò)展。
SiC市場(chǎng)高度競(jìng)爭(zhēng)，加碼布局進(jìn)行時(shí)
電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)的持續(xù)擴(kuò)大，帶動(dòng)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(shì)，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(zhǎng)能力。
作為全球頭部半導(dǎo)體制造商之一，也是汽車(chē)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(lái)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(gè)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”中的碳化硅全新品牌——EcoSiC?。
“EcoSiC?結(jié)合了‘Eco’和‘SiC’兩個(gè)術(shù)語(yǔ)，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(duì)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(lái)，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。
據(jù)水原德健透露，面對(duì)巨大潛力的SiC市場(chǎng)，羅姆的SiC業(yè)務(wù)目標(biāo)是到2025財(cái)年預(yù)計(jì)達(dá)到1,100億日元，2027財(cái)年預(yù)計(jì)達(dá)到2,200億日元(約合15.2億美元)。并且到2027財(cái)年，羅姆要將實(shí)現(xiàn)超600億日元(約合413.7百萬(wàn)美元)的SiC功率模塊業(yè)務(wù)的銷(xiāo)售目標(biāo)。
另在市場(chǎng)拓展方面，預(yù)計(jì)到2027財(cái)年，歐洲和中國(guó)市場(chǎng)將占羅姆SiC全球市場(chǎng)的七成。目前，羅姆在全球范圍內(nèi)已經(jīng)獲得超過(guò)130家客戶(hù)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(gè)快速成長(zhǎng)和高度競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)，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(lái)隨著市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，SiC功率器件的競(jìng)爭(zhēng)也將更為激烈。而站在碳化硅器件快速上車(chē)的春天里，羅姆已然整裝待發(fā)。
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