SiC模塊目標(biāo)沖30億！羅姆的底氣是什么？

近日，羅姆半導(dǎo)體公布了眾多重磅消息，加快碳化硅（SiC）半導(dǎo)體進(jìn)擊速度，例如：

●?第4代SiC MOSFET成功應(yīng)用于極氪汽車(chē)的極氪X、極氪009和極氪001等3款車(chē)型的主機(jī)逆變器上。

●?計(jì)劃于2025年推出第5代SiC MOSFET，同時(shí)也提前了第6代及第7代產(chǎn)品的市場(chǎng)投入計(jì)劃。

●?2024年日本工廠(chǎng)開(kāi)始生產(chǎn)8英寸SiC，計(jì)劃于2025年供貨。

●?目前統(tǒng)計(jì)到2027年量產(chǎn)的所有項(xiàng)目，羅姆已在全球范圍內(nèi)獲得130家以上的Design-win，金額達(dá)到1萬(wàn)億日元（超過(guò)485億人民幣）。2025年SiC銷(xiāo)售目標(biāo)是超過(guò)1100億日元（超過(guò)53億人民幣），2027財(cái)年超過(guò)2200億日元（超過(guò)106億人民幣）。

同時(shí)，羅姆首次在PCIM Asia 2024展覽會(huì)上公開(kāi)亮相了最新的碳化硅模塊產(chǎn)品，他們對(duì)這款產(chǎn)品信心十足——2027財(cái)年碳化硅模塊營(yíng)收要超過(guò)600億日元（約合人民幣29.13億元），占總體碳化硅營(yíng)收的27%以上。

究竟羅姆的碳化硅模塊有哪些優(yōu)勢(shì)？設(shè)計(jì)上有哪些巧思？近日，“行家說(shuō)三代半”采訪(fǎng)了羅姆半導(dǎo)體高級(jí)經(jīng)理蘇勇錦。

羅姆將這款碳化硅模塊新品命名為“TRCDRIVE pack?”，主要是為300kW以下新能源汽車(chē)牽引逆變器而開(kāi)發(fā)打造的全新碳化硅技術(shù)平臺(tái)。

這次首發(fā)的開(kāi)發(fā)4款TRCDRIVE pack?產(chǎn)品均為半橋（二合一）SiC塑封模塊，其中包括2個(gè)750V模塊（BSTxxxD08P4A1x4）和2個(gè)1200V模塊（BSTxxxD12P4A1x1），分別面向400V和800V車(chē)型。TRCDRIVE pack?產(chǎn)品目前具有2個(gè)封裝尺寸，最大的輸出電流為700A 以上。

蘇勇錦認(rèn)為，羅姆的TRCDRIVE pack?碳化硅半橋模塊具備4大優(yōu)勢(shì)，分別是小型化、高功率密度、減少安裝工時(shí)以及大規(guī)模生產(chǎn)，并詳細(xì)介紹了模塊中的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

塑封+Press Fit

模塊尺寸縮小28%

與灌膠框架式碳化硅模塊不同，目前大部分的SiC半橋塑封模塊的引腳通常都放置在模塊的側(cè)面，極少企業(yè)可以做到將Press fit引腳放置在模塊中間，這是由于塑封工藝導(dǎo)致的。

據(jù)蘇勇錦介紹，塑封碳化硅模塊要實(shí)現(xiàn)Press fit引腳設(shè)計(jì)，通常會(huì)先將引腳安裝在引線(xiàn)框架上，再進(jìn)行樹(shù)脂密封，這就導(dǎo)致把信號(hào)引腳做在模塊頂部的難度很高，最大的難點(diǎn)在于確保引腳之間的公差。

羅姆的TRCDRIVE pack?通過(guò)內(nèi)部布局和羅姆自有的封裝技術(shù)，攻克了引腳公差難題，“這是我們最大的創(chuàng)新點(diǎn)。”

傳統(tǒng)塑封碳化硅半橋模塊的結(jié)構(gòu)是信號(hào)引腳和功率端子是從側(cè)面引出的，相較之下，TRCDRIVE pack?模塊的整體尺寸縮小了28%。

不同碳化硅模塊示意圖 來(lái)源：行家說(shuō)三代半

為什么碳化硅塑封模塊要采用頂部Press fit引腳設(shè)計(jì)？這是因?yàn)镻ress fit技術(shù)是通過(guò)將引腳壓入PCB通孔中，來(lái)完成驅(qū)動(dòng)板與功率模塊的電氣連接，消除了焊接工藝，減少裝配時(shí)間和成本。

驅(qū)動(dòng)板與碳化硅模塊壓接示意圖 來(lái)源：行家說(shuō)三代半

此外，塑封模塊還具備大規(guī)模生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)，相對(duì)灌膠模塊來(lái)說(shuō)，塑封生產(chǎn)工藝更簡(jiǎn)單，從成本控制和批量生產(chǎn)的角度來(lái)說(shuō)也有很大的優(yōu)勢(shì)。

3D銅夾片降低雜散電感，散熱板銀燒結(jié)提升功率密度

目前，主流的車(chē)規(guī)級(jí)SiC模塊通常仍然傳統(tǒng)硅基IGBT模塊的HPD灌封方式，因此無(wú)法充分發(fā)揮碳化硅器件的優(yōu)勢(shì)性能，業(yè)界正在致力于解決雜散電感、高工作溫度、高可靠性和高功率密度等挑戰(zhàn)。

羅姆的TRCDRIVE pack?碳化硅模塊在解決雜散電感和高功率密度方面也有很多獨(dú)到的設(shè)計(jì)。

由于碳化硅器件開(kāi)關(guān)頻率非常高，會(huì)導(dǎo)致電流變化更快，而雜散電感過(guò)高主要會(huì)對(duì)碳化硅功率器件的運(yùn)行產(chǎn)生兩個(gè)影響，一是導(dǎo)致Vds峰值過(guò)高，因此需要增加設(shè)計(jì)余量以降低過(guò)壓擊穿風(fēng)險(xiǎn)；二是導(dǎo)致電壓電流更長(zhǎng)更劇烈的拖尾震蕩，這會(huì)將增加電磁干擾，對(duì)損耗及損耗計(jì)算造成影響。

據(jù)介紹，在降低雜散電感方面，羅姆TRCDRIVE pack?除了采用Press fit引腳設(shè)計(jì)，通過(guò)將主電流和控制信號(hào)的路徑分離降低電感值外，其他方法還包括擴(kuò)大主電流布線(xiàn)中的電流路徑，以及采用雙層布線(xiàn)結(jié)構(gòu)。

這是因?yàn)樘蓟枘K的雜散電感主要包括元器件本身的雜感和連接導(dǎo)體的回路雜感，TRCDRIVE pack?采用的3D 銅夾片（Cu Clip）布線(xiàn)，不僅可以降低雜散電感，還可以流過(guò)更大的電流。

據(jù)蘇勇錦介紹，市面上常規(guī)產(chǎn)品的碳化硅半橋模塊的電流水平約為300A，而羅姆的TRCDRIVE packTM在同樣面積下可以達(dá)到450A，功率密度約為前者的1.5倍左右。

在提升功率密度方面，除了3D銅夾片外，羅姆還對(duì)功率端子進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，TRCDRIVE pack?的NPN連接是不同于普通電源端子的連接方式，這更符合下游客戶(hù)的實(shí)際應(yīng)用需求，有助于將功率模塊功率密度做得更高。

當(dāng)然，TRCDRIVE pack?還采用了羅姆第4代SiC MOSFET，得益于該芯片的單位面積導(dǎo)通電阻非常高，導(dǎo)通損耗和開(kāi)關(guān)損耗比普通產(chǎn)品做得更好，因此整體模塊可以做到小型化和更高的輸出電流能力。

此外，為了提升TRCDRIVE pack?的高溫工作能力，羅姆TRCDRIVE pack?選用了耐高溫、高性能的樹(shù)脂（Tg＞230℃），同時(shí)還導(dǎo)入了大面積銀燒結(jié)技術(shù)。除了SiC MOSFET的芯片頂部和底部會(huì)采用銀燒結(jié)外，TRCDRIVE pack?還提供底部散熱板采用銀燒結(jié)工藝的產(chǎn)品選項(xiàng)，從而進(jìn)一步降低碳化硅模塊熱阻，模塊的出流能力、散熱性能也更好。

除了這次推出的4款TRCDRIVE pack?半橋模塊外，羅姆未來(lái)還會(huì)推出三相全橋（六合一）SiC塑封模塊產(chǎn)品，將采用pin to pin的模塊形態(tài)，功率密度將是現(xiàn)有三相全橋模塊的1.3倍左右。

在產(chǎn)能方面，羅姆表示，相較于普通的SiC框架式灌封模塊，他們的塑封模塊產(chǎn)能可提高約30倍，這次發(fā)布的新產(chǎn)品已于2024年6月開(kāi)始暫以10萬(wàn)個(gè)/月的規(guī)模投入量產(chǎn)。

而為了加快TRCDRIVE pack?產(chǎn)品的評(píng)估和應(yīng)用，羅姆還提供各種支持資源，其中包括從仿真到熱設(shè)計(jì)的豐富解決方案，助力客戶(hù)快速采用TRCDRIVE pack?產(chǎn)品。另外，羅姆還提供雙脈沖測(cè)試用和三相全橋用的兩種評(píng)估套件，支持在接近實(shí)際電路條件的狀態(tài)下進(jìn)行評(píng)估。