羅姆最近在日本筑后市的羅姆阿波羅工廠完成了一座新建筑。該設(shè)施旨在提高碳化硅（SiC）功率器件的生產(chǎn)能力。這座創(chuàng)新建筑采用工廠自動(dòng)化和可再生節(jié)能技術(shù)，從生態(tài)角度看待制造業(yè)

Rohm Semiconductor USA 總裁 Jay Barrus 和技術(shù)營銷經(jīng)理 Ming Su 在接受 EE Times 采訪時(shí)強(qiáng)調(diào)了 SiC 技術(shù)如何在電動(dòng)汽車 (EV)和工業(yè)設(shè)備中發(fā)展，以及 Rohm 如何繼續(xù)在這方面進(jìn)行投資區(qū)域。Barrus 和 Su 表示，Rohm 正在努力通過增加晶圓尺寸直徑來提高制造效率

“從一般角度來看，要成為可靠的供應(yīng)商，需要考慮三個(gè)因素：技術(shù)、成本和供應(yīng)可用性，”Barrus 說。“后者在今天不是什么大問題，但可能會(huì)在未來幾個(gè)月內(nèi)發(fā)揮作用。我們最近宣布阿波羅工廠已經(jīng)啟動(dòng)并運(yùn)行，我們期待未來的生產(chǎn)會(huì)有好結(jié)果。”

“價(jià)格是我們不僅在市場上認(rèn)為真實(shí)的東西；我們認(rèn)為它是某些應(yīng)用的關(guān)鍵要素，”他補(bǔ)充道。“我們正在為我們的客戶提供 SiC 的技術(shù)優(yōu)勢和成本結(jié)構(gòu)，以轉(zhuǎn)向碳化硅。”

除了這座新大樓外，生產(chǎn) SiC 晶片的羅門集團(tuán)公司 SiCrystal GmbH 將開始使用 100% 可再生能源進(jìn)行生產(chǎn)，從而將工廠購買能源的 CO 2排放量降至零。“所有主要的 SiC 晶圓生產(chǎn)工藝都將使用可再生能源，”Barrus 說。

杰伊·巴魯斯

碳化硅設(shè)施

Rohm 的 Apollo 工廠生產(chǎn)采用先進(jìn)技術(shù)的 SiC 解決方案。自動(dòng)化的重要性涉及 SiC 制造流程中的工業(yè) 4.0 方法，其中高效的基板制造決定了所有最終設(shè)備的成功。“我們的新設(shè)施有兩個(gè)主要特點(diǎn)，”巴魯斯說。“首先，在我們所在的地區(qū)，我們必須注意地震。日本作為一個(gè)整體，一直對(duì)此非常敏感，在這種情況下，這家工廠的設(shè)計(jì)不僅是為了生產(chǎn)效率，更重要的是為了人們的安全。另一個(gè)有趣的事情是通過可再生資源為建筑物供電，這表明我們是一家對(duì)環(huán)境負(fù)責(zé)的公司，并且我們以非常低的碳足跡管理設(shè)施。”

“在應(yīng)用方面，我們正在大力推動(dòng)汽車和工業(yè)市場，”他補(bǔ)充道。“在汽車方面，我們正在使用牽引逆變器和車載充電器等常見設(shè)備解決汽車電氣化的關(guān)鍵應(yīng)用。”

在傳統(tǒng)的車載充電系統(tǒng)中，有一個(gè)橋式整流器將輸入的交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，但在整流過程中，功率轉(zhuǎn)換階段存在高導(dǎo)通、開關(guān)損耗和發(fā)熱問題。

對(duì)于 SiC 模塊，Rohm 指出，材料選擇是提供最佳熱性能的重要因素。“傳統(tǒng)上，功率模塊使用基于氧化鋁陶瓷的 PVC，”蘇明說。他補(bǔ)充說：“但現(xiàn)在，人們希望使用更昂貴、導(dǎo)熱性更高的陶瓷材料，例如氮化硅，因此我們可以確保適當(dāng)尺寸的芯片能夠處理最大可能的電流，而不會(huì)影響寄生元件和各種限制開關(guān)速度的電感。”

蘇明

目標(biāo)是提供下一代 SiC MOSFET 以優(yōu)化性能。由于數(shù)量和相對(duì)于 IGBT 的競爭力，Su 指出仍然需要優(yōu)化成本。“我們計(jì)劃在今年年底前推出新一代的量產(chǎn)車型，以支持電動(dòng)汽車的生產(chǎn)，”蘇明說。

“該公司的第四代 SiC MOSFET 在更薄的 SiC 裸片上使用雙溝槽 MOSFET 結(jié)構(gòu)，將 R DS(ON)降低 40%，”Barrus 說。“對(duì)于大功率系統(tǒng)，MOSFET芯片級(jí)電流密度的增加將與碳化硅芯片兩側(cè)的焊接和銀燒結(jié)兼容性相結(jié)合，以通過靈活的模塊封裝實(shí)現(xiàn)更高的功率循環(huán)可靠性和更好的熱性能。”

IGBT牽引逆變器仍有市場，尤其是對(duì)于更傳統(tǒng)的混合動(dòng)力汽車。SiC 會(huì)比 IGBT 更貴，但與 IGBT 進(jìn)步相比，它肯定能提高整體效率。“我們正在使用 6 英寸晶圓優(yōu)化 SiC 的生產(chǎn)效率，”Su 說。“而且在未來，我們肯定已經(jīng)準(zhǔn)備好進(jìn)一步準(zhǔn)備和升級(jí)到 8 英寸晶圓，這將提高生產(chǎn)力并降低每個(gè)裸片的成本。”

與硅版本相比，功率 MOSFET 中的 SiC 具有一系列優(yōu)勢，例如更高的導(dǎo)電性、更快的開關(guān)速度和更少的功率損耗。它還可以在更高的溫度和電壓下工作。憑借這些優(yōu)勢，它提高了功率 MOSFET 的效率和功率密度。

與硅版本對(duì)應(yīng)物相比，SiC 肖特基二極管提供更高的開關(guān)性能、更高的效率、更高的功率密度和更低的系統(tǒng)成本。這些二極管提供最小的反向恢復(fù)、低正向壓降、浪涌電流能力、高電壓額定值和正溫度系數(shù)。

新二極管面向各種應(yīng)用的電源轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)人員，包括光伏太陽能逆變器、電動(dòng)汽車充電器、電源和汽車應(yīng)用。與硅相比，它具有更低的漏電流和更高的摻雜。

另一方面，碳化硅二極管面臨的挑戰(zhàn)是在性能方面的差異化以及提供非常優(yōu)惠的價(jià)格。Rohm 提供 1,200-V 和 650-V 解決方案。最近的肖特基勢壘二極管產(chǎn)品包括 JBS 結(jié)構(gòu)，它在芯片內(nèi)部嵌入了 pn 結(jié)，使我們能夠抑制關(guān)態(tài)泄漏電流并提高浪涌電流處理能力。“作為我們的第 3 代碳化硅二極管，該產(chǎn)品目前提供 650 V 電壓，很快我們也將推出 1,200 V 電壓，”蘇明說。

“我們的 SiC 產(chǎn)品線從 650 V 到 1,700 V；對(duì)于 GaN 器件，業(yè)界關(guān)注 600 或 650 V，”Su 說。“我們正在優(yōu)先開發(fā) 150 V 的 GaN，這將應(yīng)用于一些基站應(yīng)用和其他支持 40 至 48 V 總線架構(gòu)的電源轉(zhuǎn)換器。”

在寬禁帶半導(dǎo)體領(lǐng)域，金剛石是另一種具有多種卓越性能的材料，包括無與倫比的熱導(dǎo)率、高載流子遷移率和高電場擊穿強(qiáng)度。金剛石的物理特性為大功率電子技術(shù)在運(yùn)輸和能源領(lǐng)域的應(yīng)用提供了巨大的潛力。目前該領(lǐng)域的研究正在進(jìn)行中。

羅姆的阿波羅設(shè)施

審核編輯 黃昊宇