日本筑后羅門阿波羅工廠增建了一座新廠房，旨在提高碳化硅（SiC）功率器件的生產(chǎn)能力。這個(gè)新工廠包括工廠自動(dòng)化和可再生節(jié)能技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)更綠色的制造過(guò)程。

在接受 EE Times 采訪時(shí)，羅姆半導(dǎo)體美國(guó)公司總裁 Jay Barrus 和技術(shù)營(yíng)銷經(jīng)理 Ming Su 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，以及羅姆如何繼續(xù)投資于這一領(lǐng)域區(qū)域。Barrus 和 Su 表示，羅姆正在努力通過(guò)增加晶圓尺寸直徑來(lái)提高制造效率

“從一般的角度來(lái)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，”巴魯斯說(shuō)。“后者在今天不是什么大問(wèn)題，但可能會(huì)在未來(lái)幾個(gè)月發(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(lái)的生產(chǎn)會(huì)有好的進(jìn)展。”

“價(jià)格不僅是我們認(rèn)為在市場(chǎng)上真實(shí)存在的東西；我們認(rèn)為它是某些應(yīng)用程序的關(guān)鍵元素，”他補(bǔ)充道?！拔覀冋跒槲覀兊目蛻籼峁┨蓟璧募夹g(shù)優(yōu)勢(shì)和成本結(jié)構(gòu)，以轉(zhuǎn)向碳化硅?！?/p>

除了這座新大樓，制造 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(gòu)買能源所產(chǎn)生的 CO 2排放量減少到零?！八兄饕?SiC 晶圓生產(chǎn)工藝都將使用可再生能源，”Barrus 說(shuō)。

杰伊·巴魯斯

碳化硅設(shè)施

羅姆的阿波羅工廠采用尖端技術(shù)生產(chǎn)碳化硅解決方案。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?！拔覀兊男略O(shè)施有兩個(gè)主要特點(diǎn)，”巴魯斯說(shuō)。“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(guò)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，并且我們以極低碳足跡的方式管理設(shè)施?！?/p>

“在應(yīng)用方面，我們正在大力推進(jìn)汽車和工業(yè)市場(chǎng)，”他補(bǔ)充道。“在汽車方面，我們正在利用牽引逆變器和車載充電器等常見設(shè)備解決車輛電氣化的關(guān)鍵應(yīng)用?！?/p>

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，但在整流過(guò)程中，存在高導(dǎo)通、功率轉(zhuǎn)換階段的開關(guān)損耗和發(fā)熱問(wèn)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?！皞鹘y(tǒng)上，電源模塊使用基于氧化鋁陶瓷的 PVC，”蘇明說(shuō)。他補(bǔ)充說(shuō)：“但現(xiàn)在，人們想要使用更昂貴的具有更高導(dǎo)熱性的陶瓷材料，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。由于相對(duì)于IGBT的體積和競(jìng)爭(zhēng)力，蘇指出仍然需要成本優(yōu)化。蘇明表示：“我們計(jì)劃在今年年底前推出新一代量產(chǎn)車型，以支持電動(dòng)汽車的生產(chǎn)?！?/p>

“該公司的第四代 SiC MOSFET 在更薄的 SiC 芯片上使用雙溝槽 MOSFET 結(jié)構(gòu)，將 R DS(ON)?降低了 40%，”Barrus 說(shuō)。“對(duì)于高功率系統(tǒng)，MOSFET 芯片級(jí)增加的電流密度將與 SiC 芯片兩側(cè)的焊接和銀燒結(jié)兼容性相結(jié)合，以通過(guò)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?！?/p>

IGBT牽引逆變器還是有市場(chǎng)的，尤其是對(duì)于更傳統(tǒng)的混合動(dòng)力汽車。SiC 將比 IGBT 更昂貴，但與 IGBT 的進(jìn)步相比，它肯定可以提高整體效率?！拔覀冋谑褂?6 英寸晶圓優(yōu)化 SiC 的生產(chǎn)效率，”蘇說(shuō)。“而且在未來(lái)，我們肯定已經(jīng)做好了進(jìn)一步準(zhǔn)備和升級(jí)到 8 英寸晶圓的準(zhǔn)備工作，這將提高生產(chǎn)力并降低每個(gè)芯片的成本。”

功率 MOSFET 中的 SiC 與其硅版本對(duì)應(yīng)物相比具有一系列優(yōu)勢(shì)，例如更高的導(dǎo)電性、更快的開關(guān)速度和更低的功率損耗。它還可以在更高的溫度和電壓下運(yùn)行。憑借這些優(yōu)勢(shì)，它提高了功率 MOSFET 的效率和功率密度。

碳化硅肖特基二極管提供比硅版本更高的開關(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、高額定電壓和正溫度系數(shù)。

新型二極管面向各種應(yīng)用的電源轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)人員，包括光伏太陽(yáng)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)是在性能方面差異化并提供非常優(yōu)惠的價(jià)格。Rohm 提供 1,200-V 和 650-V 解決方案。最新的肖特基勢(shì)壘二極管產(chǎn)品包括 JBS 結(jié)構(gòu)，它在芯片內(nèi)部嵌入 pn 結(jié)，使我們能夠抑制斷態(tài)漏電流并提高浪涌電流處理能力?！霸摦a(chǎn)品目前提供 650 V 作為我們的第 3 代碳化硅二極管，很快，我們還將推出 1,200 V，”蘇明說(shuō)。

“我們的 SiC 產(chǎn)品線從 650 V 開始，最高可達(dá) 1,700 V；對(duì)于 GaN 器件，業(yè)界關(guān)注的是 600 或 650 V，”Su 說(shuō)。“我們優(yōu)先考慮 150 V 的 GaN 開發(fā)，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?！?/p>

在寬帶隙半導(dǎo)體領(lǐng)域，金剛石是另一種具有多種最高級(jí)特性的材料，包括無(wú)與倫比的導(dǎo)熱性、高電荷載流子遷移率和高電場(chǎng)擊穿強(qiáng)度。金剛石的物理特性為高功率電子技術(shù)在交通和能源領(lǐng)域的應(yīng)用提供了巨大的潛力。目前，這方面的研究正在進(jìn)行中。

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審核編輯 黃昊宇