账号:
密码:
CTIMES / 文章 /   
看准SiC低耗能、高效率 罗姆将其用於赛车逆变器
碳化矽晶片产品供应商与应用:罗姆半导体

【作者: 施莉芸】2018年10月04日 星期四

浏览人次:【959】
  

根据HIS调查报告预测,时至2025年使用SiC的需求将会增加26.3%,且较工厂及ICT产业,使用於新能源(PV inverter, EV charging, Grid等)及电动车(OBC, Inverter)的数量将会大幅成长。


随近年电动车及绿色能源的发展都逐渐崛起,低耗能、高效率及小型化都成了趋势,但传统Si制程元件却因受限其物理特性影响,难於其结构及构造做改善;罗姆半导体设计中心资深工程师苏建荣指出,针对这点,SiC及GaN便提供了非常好的解决方案。


图1 : 为何使用SiC与GaN。(source:ROHM)
图1 : 为何使用SiC与GaN。(source:ROHM)

图2 : 罗姆的一贯化生产(source:ROHM)
图2 : 罗姆的一贯化生产(source:ROHM)

罗姆从2000年开始研发SiC功率元件至今已有18年的历史,从2000年的2寸碳化矽晶圆,至今已研发到6寸,苏建荣指出,相较於其他碳化矽半导体公司,较特别的是罗姆有自己的晶圆厂,从生产晶圆到包装是一贯化生产制程。


制程不易且成本较高

SiC(碳化矽)为Si(矽)与C(碳)组成的化合物半导体材料,其高级穿电场强度、宽能带隙及高热传导率,虽能够让碳化矽拥有高耐压、耐高温及低导通电阻的优势,且其绝缘破坏电场强度为Si的10倍、能隙为Si的3倍,不过在制程面却较矽困难,且成本也较高。



图3 : SiC的特点与优点(source:ROHM)
图3 : SiC的特点与优点(source:ROHM)

苏建荣指出,由於SiC在制程方面较传统Silicon困难,且成本较高,因此罗姆以提高良率、晶圆大尺寸化,以及构造改良,希??达到降低其成本的目的。针对晶圆尺寸,他补充,目前晶圆主要仍以4寸为主,不过2014年已成功研发出6寸的晶圆,目前也正在导入,盼藉由晶圆的大尺寸化能够降低其成本。



图4 : 罗姆第三世代SiC-MOSFET的改良。(source:ROHM)
图4 : 罗姆第三世代SiC-MOSFET的改良。(source:ROHM)

此外他也指出,市场的采用度也是影响成本的关键之一,由於目前矽制程元件仍是主流,未来市场采用度越广泛,其价格也会下降。另外,构造的改良也是罗姆致力於降低成本的方向之一,以SiC-MOSFET而言,从第二代的Planner架构改良到第三代的Trench架构,将每单位面积缩小以达到切割数量变多的优点。


SiC於赛车上的应用

除了一般将碳化矽元件应用於太阳能发电(PV inverter)、工厂自动化半导体测试设备、server power外,罗姆也与Venturi Formula E团队合作,将SiC电源模组(SiC power module)的使用於Venturi Formula E团队赛车的逆变器中,由於开发及改进内部模组结构的新包装,因此实现了大功率吞吐量,以及优化的热管理。



图5 : 2到4季中Venturi Formula E团队赛车逆变器使用SiC电源模组之改变。(source:ROHM)
图5 : 2到4季中Venturi Formula E团队赛车逆变器使用SiC电源模组之改变。(source:ROHM)

以相同的电流测试,使用SiC电源模组可以使开关损耗降低75%(芯片温度为150。C),这将有助於整个应用的能源效率,此外,对於整个高频驱动器中降低开关耗损的效果也将有助於更紧凑的冷却系统。


此外也以二到四季比赛中,电动车的逆变器模组改变测试,其中第二季为使用IGBT与Si-FRD,第三季透过利用SiC SBD与原本采用的IGBT混合模组,相较第二季而言,重量减轻2公斤,体积重量较第三季减轻4公斤,体积缩所小30%。


整体而言,从第四季及第二季的比较可以看出,透过使用SiC模组替代原本Silicon元件的逆变器,总共可以在重量上减轻6公斤、体积可以缩小43%,此外,其功率损耗也较原本降低75%。



图6 : SiC电源模组与其降低之能源耗损表。(source:ROHM)
图6 : SiC电源模组与其降低之能源耗损表。(source:ROHM)

目前台湾许多太阳能、充电砖及半导体测试设备都有使用罗姆的SiC元件,碳化矽的优点虽然很多,但也无法完全取代Silicon元件,苏建荣指出,以不同条件或功率等因素而言,每个元件都有其使用及应用上的优势。


相关文章
低消耗电流和高稳定性车电升降压电源晶片组
工业4.0发生在即 MEMS感测肩负重任
技术领先同业 罗姆半导体摊位两大明星商品吸睛
车联网技术研讨会 预告新汽车革命时代来临
兼具高效能与可靠性 英飞凌打造新一代SiC元件
comments powered by Disqus
相关讨论
  相关新品
Platform Manager Devices
原厂/品牌:Lattice
供应商:Lattice
產品類別:Power
Power Manager II Hercules Development Kit
原厂/品牌:Lattice
供应商:Lattice
產品類別:Power
Processor PM Development Kit
原厂/品牌:Lattice
供应商:Lattice
產品類別:Power
  相关新闻
» Marvell荣获GSA最受尊崇的半导体上市公司奖
» WISeKey在亚太并购协会峰会上介绍了其中国部属战略
» 2018第三季全球半导体出货金额为158亿美元
» IEK: 台湾智慧制造生态系规模底定 加速半导体等关键产业应用扩散
» 矽光子、量子电脑晶片为下世代半导体技术演进推手
  相关产品
» 意法半导体开始提供车用微控制器嵌入式PCM样片
» 意法半导体免费的STM32微控制器开发生态系统
» ROHM推出1700V全SiC功率模组「BSM250D17P2E004」 在高温高湿环境下实现可靠性
» ROHM研发出小型高输出透镜型LED「CSL0901/0902系列」 应用於车载时速表无需漏光对策
» ROHM研发出适用生活家电的电流检测之2W大功率电阻「LTR50低阻值系列」
  相关资源
» Power Management Solutions for Altera FPGAs

AD