據(jù)Yole預(yù)測，2025年全球碳化硅功率半導(dǎo)體市場規(guī)模將達(dá)到25.62億美元，2019年到2025年均復(fù)合增長率超過30%。巨大的市場空間，為功率半導(dǎo)體廠商代來了全新的發(fā)展機(jī)遇。近年各大廠商都紛紛投入碳化硅擴(kuò)產(chǎn)。而羅姆早在2000年就投入了碳化硅的研發(fā)，如今已成為引領(lǐng)該領(lǐng)域的佼佼者。近日在羅姆媒體發(fā)布會上，羅姆半導(dǎo)體（上海）有限公司技術(shù)中心副總經(jīng)理周勁先生對該公司的第4代 SiC MOSFET以及羅姆在碳化硅上的投資進(jìn)行了分享。作為最早一批將SiC功率元器件量產(chǎn)化的廠商之一，羅姆自2000年就有所行動，終于在2010年全球首家碳化硅SBD和MOSFET開始量產(chǎn)，之后在2021年發(fā)布了第4代的溝槽SiC MOSFET，2023年實(shí)現(xiàn)8英寸碳化硅襯底的量產(chǎn)。二十多年來，無論從技術(shù)上還是尺寸上羅姆都作到了大步的跨越。未來第5代、第6代產(chǎn)品已在計(jì)劃中。羅姆始終將產(chǎn)品質(zhì)量放在第一位，了解該公司的人都知道，他們一直在執(zhí)行垂直統(tǒng)合型的生產(chǎn)體制，包括碳化硅。產(chǎn)業(yè)鏈覆蓋整個碳化硅加工過程和各種產(chǎn)品形式,從材料襯底到晶圓、元器件、裸芯片,再到分立產(chǎn)品和封裝。 在2009年，羅姆通過把全球排名前列的碳化硅襯底供應(yīng)商SiCrystal納入集團(tuán)旗下。至此，完成其碳化硅垂直統(tǒng)合型的生產(chǎn)體制。據(jù)介紹該公司晶圓是在集團(tuán)旗下德國SiCrystal公司完成，器件的生產(chǎn)是集中在日本福岡（Fukuoka）和宮崎（Miyazaki），封裝后續(xù)分布在全球，主要是京都本土、韓國或者泰國等等封裝工廠。提升產(chǎn)能計(jì)劃應(yīng)對市場需求談到羅姆的碳化硅市場，周勁表示，主要來源是電動汽車方面，包括OBC、DCDC、主驅(qū)動器包括燃料電池相關(guān)的一些電氣設(shè)備。另外一方面來源于工業(yè)，工業(yè)機(jī)器大型電機(jī)、感應(yīng)加熱器、高頻加熱器、電池檢驗(yàn)設(shè)備等等。僅以上兩個領(lǐng)域碳化硅業(yè)務(wù)就占全部的60%-70%左右。另外太陽能、新能源方面，蓄電池、UPS以及服務(wù)器、基站包括通信業(yè)務(wù)的展開也是羅姆著力推廣的一個新方向。面對市場急劇增長的需求，該公司制定了大幅度提升產(chǎn)能的計(jì)劃，相比2021年，預(yù)計(jì)2025年產(chǎn)能提升6倍，到2030年提升25倍。為保障產(chǎn)能，羅姆的兩個生產(chǎn)基地，宮崎、阿波羅筑后工廠的新廠房也都投入了使用。先進(jìn)的碳化硅半導(dǎo)體器件路線羅姆現(xiàn)在量產(chǎn)的為2021年發(fā)布的第4代碳化硅，通過業(yè)內(nèi)先進(jìn)的低導(dǎo)通電阻技術(shù)，根據(jù)元件的設(shè)計(jì)，溝槽的結(jié)構(gòu)強(qiáng)化，導(dǎo)通電阻（RonA），可實(shí)現(xiàn)相較于第3代下降40%，預(yù)計(jì)2025年、2028年分別再降30%，并且實(shí)現(xiàn)第5代、第6代產(chǎn)品的量產(chǎn)。另外在晶圓的尺寸上，2017年羅姆全面進(jìn)入6英寸的碳化硅晶圓時代，到2023將實(shí)現(xiàn)8英寸襯底的量產(chǎn)。另外通過羅姆優(yōu)良的技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)單個元件尺寸的增加，目前的主流從2015年開始為25平方毫米最大的規(guī)格，到2024年羅姆會實(shí)現(xiàn)50平方毫米的產(chǎn)品，可以支持更高電流輸出的需求。

羅姆第4代碳化硅優(yōu)勢第4代碳化硅具備低損耗、使用簡單、高可靠性等優(yōu)勢，周勁分別對此做了詳細(xì)的解讀。首先在低損耗方面，相比自家第3代產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了40%的降低。其原因是將標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)通阻抗降低了。同時也改善了開關(guān)特性，當(dāng)導(dǎo)通阻抗降低之后，在同樣電流、同樣導(dǎo)通阻抗情況下，芯片的尺寸會降低，帶來的好處是寄生的電容會被降低，可實(shí)現(xiàn)高速的開關(guān)特性。從而抑制MOSFET器件的自開通、誤開通。明顯減少了寄生電容Cgd，同樣能夠保證芯片更高速的開啟和關(guān)斷，降低開關(guān)損耗，實(shí)現(xiàn)高驅(qū)動頻率，為外圍器件和散熱器的小型化做出貢獻(xiàn)。第4代產(chǎn)品，滿足不同客戶的需求。對于重視導(dǎo)通損耗的，羅姆可采取大幅度降低導(dǎo)通阻抗，如第3代升級第4代后，30毫歐變?yōu)?8毫歐，導(dǎo)通阻抗降低40%；另外對于重視開關(guān)損耗的，可通過斜率來抑制損耗，可選用小片的等同額定電流的產(chǎn)品，能夠明顯的降低開關(guān)損耗的參數(shù)。在使用簡單方面，其一是柵極的電壓會推進(jìn)8-15V，可以與IGBT等目前廣泛應(yīng)用的柵極驅(qū)動電路等同使用。能夠?qū)崿F(xiàn)這樣一個低驅(qū)動的電壓原因是第4代，15V與18V兩種驅(qū)動電壓的導(dǎo)通阻抗只有11%的差，在15V的情況下就可以滿足一般狀態(tài)的碳化硅全負(fù)載驅(qū)動，而在重負(fù)載的狀態(tài)下羅姆仍然推薦18V以上的驅(qū)動電壓，方可實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的導(dǎo)通阻抗。

其二是負(fù)Bias的設(shè)計(jì)，羅姆并不推薦有些客戶為了確保SiC MOSFET的關(guān)斷而設(shè)計(jì)成負(fù)電壓關(guān)斷，這是因?yàn)?，羅姆的產(chǎn)品Vth會比較高，0V即使有所飄移也能夠可靠的關(guān)斷，無需負(fù)Bias。其高速開關(guān)的特性帶來的好處是寄生電容的減小，同時抑制自開啟、自導(dǎo)通的風(fēng)險。同時，無負(fù)壓驅(qū)動還可以簡化電路設(shè)計(jì)。見下圖，在負(fù)Bias電源設(shè)計(jì)的案例中，紅框內(nèi)變壓器會多出一個繞組，整個變壓器的特性密封都會有一些惡化的趨勢，而在無負(fù)Bias電源的設(shè)計(jì)中，電路簡單，同時成本也得到降低，節(jié)省了繞組，簡化的變壓器的設(shè)計(jì)，使得多輸出的柵極驅(qū)動器電源設(shè)計(jì)更方便。

其三是內(nèi)部柵極電阻阻值的降低，好處是使得外部柵極電阻的調(diào)整更靈活。相比上一代7歐姆的參考值，第4代產(chǎn)品還要降低1歐姆。換句話說，在外圍調(diào)整整個開關(guān)特性，調(diào)整量會變得很大，電路設(shè)計(jì)會更加靈活，更容易實(shí)現(xiàn)客戶需求。在芯片同一個柵極電阻阻值的狀態(tài)下，開關(guān)損耗也會比同類產(chǎn)品更小，從而提升開關(guān)速度，以及開關(guān)損耗的減少。以羅姆750V耐壓產(chǎn)品對于同類650V耐壓產(chǎn)品，應(yīng)對VDS Surge設(shè)計(jì)更容易，有利吸收電路的簡化。

高可靠性方面，羅姆采用獨(dú)特的器件結(jié)構(gòu)，減少飽和電流，突破了RonA（導(dǎo)通電阻）與短路耐量的折中限制，實(shí)現(xiàn)比同類產(chǎn)品更高的短路耐受時間。通常在降低RonA后，一般飽和電流會上升，短路時的峰值電流也會上升，短路耐量時間變短。而羅姆第4代產(chǎn)品在降低RonA的同時，飽和電流會下降，短路時的峰值電流較低，成功延長短路耐受時間。

利用以上優(yōu)勢，羅姆的第4代產(chǎn)品可助力減少車載充電器的輕量化、改善光伏逆變器的發(fā)電量、服務(wù)器電源的節(jié)能等等。第4代代表產(chǎn)品漏源極電壓為750V和1200V兩類產(chǎn)品，采用主流封裝，TO-247-3L、TO-247-4L以及TO-263-7L。周勁介紹，羅姆未來會延續(xù)出更多市場上客戶需求，其他的貼片封裝也在考慮中。他介紹，羅姆的技術(shù)支持會在客戶開發(fā)的全流程中保駕護(hù)航。比如技術(shù)研討會、為客戶電路板提供解決方案以及基礎(chǔ)的應(yīng)用知識，Spice模型，包括應(yīng)用筆記、在線仿真，以及進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)的支持，PCB在輻射方面的考量等等，羅姆提供了眾多的參考資料。另外發(fā)布會上羅姆半導(dǎo)體（上海）有限公司 市場宣傳課高級經(jīng)理張嘉煜先生對本集團(tuán)上半年財務(wù)做了分享。2022年上半財年羅姆集團(tuán)銷售額為2600億日元左右，折合約130億人民幣。營業(yè)利潤為504億日元，純利潤521億日元。值得慶祝的是這些比當(dāng)初計(jì)劃的都有所提高。銷售額比預(yù)期提高了16.7%，營業(yè)利潤提高了46%。這些增長主要來源于汽車、工業(yè)設(shè)備以及計(jì)算機(jī)和儲存設(shè)備領(lǐng)域，以上都有20%以上的增長。論地區(qū)，中國也有21.6%的增長。張嘉煜也表示，為滿足市場需求，羅姆正在不斷地進(jìn)行設(shè)備投資，特別是在碳化硅方面，預(yù)計(jì)在2021-2025將投入1700-2200億日元。碳化硅市場正處于高速成長期，各大廠商均在加大擴(kuò)產(chǎn)力度，不斷強(qiáng)化自身在該領(lǐng)域的競爭優(yōu)勢，羅姆可以稱為碳化硅的先驅(qū)者，加其垂直統(tǒng)合型的生產(chǎn)體制和不斷投入的決心，正在引領(lǐng)行業(yè)實(shí)現(xiàn)更具創(chuàng)新性的節(jié)能和小型化，更高質(zhì)量的產(chǎn)品來解決社會課題。