罗姆持续发力碳化硅 第4代产品优势突出
据Yole预测，2025年全球碳化硅功率半导体市场规模将达到25.62亿美元，2019年到2025年均复合增长率超过30%。巨大的市场空间，为功率半导体厂商代来了全新的发展机遇。近年各大厂商都纷纷投入碳化硅扩产。而罗姆早在2000年就投入了碳化硅的研发，如今已成为引领该领域的佼佼者。近日在罗姆媒体发布会上，罗姆半导体（上海）有限公司技术中心副总经理周劲先生对该公司的第4代 SiC MOSFET以及罗姆在碳化硅上的投资进行了分享。
作为最早一批将SiC功率元器件量产化的厂商之一，罗姆自2000年就有所行动，终于在2010年全球首家碳化硅SBD和MOSFET开始量产，之后在2021年发布了第4代的沟槽SiC MOSFET，2023年实现8英寸碳化硅衬底的量产。二十多年来，无论从技术上还是尺寸上罗姆都作到了大步的跨越。未来第5代、第6代产品已在计划中。
罗姆始终将产品质量放在第一位，了解该公司的人都知道，他们一直在执行垂直统合型的生产体制，包括碳化硅。产业链覆盖整个碳化硅加工过程和各种产品形式,从材料衬底到晶圆、元器件、裸芯片,再到分立产品和封装。 在2009年，罗姆通过把全球排名前列的碳化硅衬底供应商SiCrystal纳入集团旗下。至此，完成其碳化硅垂直统合型的生产体制。据介绍该公司晶圆是在集团旗下德国SiCrystal公司完成，器件的生产是集中在日本福冈（Fukuoka）和宫崎（Miyazaki），封装后续分布在全球，主要是京都本土、韩国或者泰国等等封装工厂。
提升产能计划应对市场需求
谈到罗姆的碳化硅市场，周劲表示，主要来源是电动汽车方面，包括OBC、DCDC、主驱动器包括燃料电池相关的一些电气设备。另外一方面来源于工业，工业机器大型电机、感应加热器、高频加热器、电池检验设备等等。仅以上两个领域碳化硅业务就占全部的60%-70%左右。另外太阳能、新能源方面，蓄电池、UPS以及服务器、基站包括通信业务的展开也是罗姆着力推广的一个新方向。
面对市场急剧增长的需求，该公司制定了大幅度提升产能的计划，相比2021年，预计2025年产能提升6倍，到2030年提升25倍。为保障产能，罗姆的两个生产基地，宫崎、阿波罗筑后工厂的新厂房也都投入了使用。
先进的碳化硅半导体器件路线
罗姆现在量产的为2021年发布的第4代碳化硅，通过业内先进的低导通电阻技术，根据元件的设计，沟槽的结构强化，导通电阻（RonA），可实现相较于第3代下降40%，预计2025年、2028年分别再降30%，并且实现第5代、第6代产品的量产。另外在晶圆的尺寸上，2017年罗姆全面进入6英寸的碳化硅晶圆时代，到2023将实现8英寸衬底的量产。另外通过罗姆优良的技术能够实现单个元件尺寸的增加，目前的主流从2015年开始为25平方毫米最大的规格，到2024年罗姆会实现50平方毫米的产品，可以支持更高电流输出的需求。
罗姆第4代碳化硅优势
第4代碳化硅具备低损耗、使用简单、高可靠性等优势，周劲分别对此做了详细的解读。
首先在低损耗方面，相比自家第3代产品实现了40%的降低。其原因是将标准导通阻抗降低了。同时也改善了开关特性，当导通阻抗降低之后，在同样电流、同样导通阻抗情况下，芯片的尺寸会降低，带来的好处是寄生的电容会被降低，可实现高速的开关特性。从而抑制MOSFET器件的自开通、误开通。明显减少了寄生电容Cgd，同样能够保证芯片更高速的开启和关断，降低开关损耗，实现高驱动频率，为外围器件和散热器的小型化做出贡献。
第4代产品，满足不同客户的需求。对于重视导通损耗的，罗姆可采取大幅度降低导通阻抗，如第3代升级第4代后，30毫欧变为18毫欧，导通阻抗降低40%；另外对于重视开关损耗的，可通过斜率来抑制损耗，可选用小片的等同额定电流的产品，能够明显的降低开关损耗的参数。
在使用简单方面，其一是栅极的电压会推进8-15V，可以与IGBT等目前广泛应用的栅极驱动电路等同使用。能够实现这样一个低驱动的电压原因是第4代，15V与18V两种驱动电压的导通阻抗只有11%的差，在15V的情况下就可以满足一般状态的碳化硅全负载驱动，而在重负载的状态下罗姆仍然推荐18V以上的驱动电压，方可实现最优的导通阻抗。
其二是负Bias的设计，罗姆并不推荐有些客户为了确保SiC MOSFET的关断而设计成负电压关断，这是因为，罗姆的产品Vth会比较高，0V即使有所飘移也能够可靠的关断，无需负Bias。其高速开关的特性带来的好处是寄生电容的减小，同时抑制自开启、自导通的风险。
同时，无负压驱动还可以简化电路设计。见下图，在负Bias电源设计的案例中，红框内变压器会多出一个绕组，整个变压器的特性密封都会有一些恶化的趋势，而在无负Bias电源的设计中，电路简单，同时成本也得到降低，节省了绕组，简化的变压器的设计，使得多输出的栅极驱动器电源设计更方便。
其三是内部栅极电阻阻值的降低，好处是使得外部栅极电阻的调整更灵活。相比上一代7欧姆的参考值，第4代产品还要降低1欧姆。换句话说，在外围调整整个开关特性，调整量会变得很大，电路设计会更加灵活，更容易实现客户需求。在芯片同一个栅极电阻阻值的状态下，开关损耗也会比同类产品更小，从而提升开关速度，以及开关损耗的减少。以罗姆750V耐压产品对于同类650V耐压产品，应对VDS Surge设计更容易，有利吸收电路的简化。
高可靠性方面，罗姆采用独特的器件结构，减少饱和电流，突破了RonA（导通电阻）与短路耐量的折中限制，实现比同类产品更高的短路耐受时间。通常在降低RonA后，一般饱和电流会上升，短路时的峰值电流也会上升，短路耐量时间变短。而罗姆第4代产品在降低RonA的同时，饱和电流会下降，短路时的峰值电流较低，成功延长短路耐受时间。
利用以上优势，罗姆的第4代产品可助力减少车载充电器的轻量化、改善光伏逆变器的发电量、服务器电源的节能等等。
第4代代表产品漏源极电压为750V和1200V两类产品，采用主流封装，TO-247-3L、TO-247-4L以及TO-263-7L。周劲介绍，罗姆未来会延续出更多市场上客户需求，其他的贴片封装也在考虑中。
他介绍，罗姆的技术支持会在客户开发的全流程中保驾护航。比如技术研讨会、为客户电路板提供解决方案以及基础的应用知识，Spice模型，包括应用笔记、在线仿真，以及进行PCB设计的支持，PCB在辐射方面的考量等等，罗姆提供了众多的参考资料。
另外发布会上罗姆半导体（上海）有限公司 市场宣传课高级经理张嘉煜先生对本集团上半年财务做了分享。2022年上半财年罗姆集团销售额为2600亿日元左右，折合约130亿人民币。营业利润为504亿日元，纯利润521亿日元。值得庆祝的是这些比当初计划的都有所提高。销售额比预期提高了16.7%，营业利润提高了46%。这些增长主要来源于汽车、工业设备以及计算机和储存设备领域，以上都有20%以上的增长。论地区，中国也有21.6%的增长。张嘉煜也表示，为满足市场需求，罗姆正在不断地进行设备投资，特别是在碳化硅方面，预计在2021-2025将投入1700-2200亿日元。
碳化硅市场正处于高速成长期，各大厂商均在加大扩产力度，不断强化自身在该领域的竞争优势，罗姆可以称为碳化硅的先驱者，加其垂直统合型的生产体制和不断投入的决心，正在引领行业实现更具创新性的节能和小型化，更高质量的产品来解决社会课题。
