戰(zhàn)略側(cè)重/關(guān)鍵打通 第四代碳化硅應用哪家強

　　羅姆半導體近幾年在第三代寬禁帶半導體領(lǐng)域處于前沿，并一直深耕于研究第三代半導體。羅姆半導體(上海)有限公司中國區(qū)電源方案課高級經(jīng)理倪敏分享了碳化硅器件在新能源汽車主機逆變器上的應用。

　　隨著新能源市場的擴大，生產(chǎn)臺數(shù)不斷增加，中國市場增長率比較明顯，因為純電動和插電式電動的增長性，導致Inverter主機的逆變器需求不斷提高。

　　看趨勢：主機逆變器市場

　　目前市場需求是減量的排放以及增加新能源汽車。增加新能源汽車客戶就需要延長續(xù)航里程等等，為滿足這個需求就需要一個比較大的電池容量來提高效率，從而就產(chǎn)生逆變器的需求。逆變器的需要高效化和小型化。對廠商而言就對半導體產(chǎn)生了更多的需求——高效率的元器件和高頻的驅(qū)動，以及高壓快充需要高壓快充去解決一些問題。這也是對半導體提出的比較大的挑戰(zhàn)。

　　首先碳化硅在Inverter上的優(yōu)勢。目前主流的IGBT模塊，碳化硅也在慢慢切入。與IGBT相比，碳化硅具有比較大的優(yōu)勢，首先是反向恢復Err的損耗減少，因為IGBT基本上都是外帶一個快恢復二極管，快恢復二極管它會較大，碳化硅是體二極管，雖然是體二極管，但基本特性和碳化硅“肖特基二極管”基本上是持平的，所以Err性能會比較好。

　　就關(guān)斷損耗問題，IGBT會有個拖尾電流，碳化硅卻沒有這樣的問題，所以損耗也會比較明顯。在這幾個前提下，可以把續(xù)航里程提高3%-8%。

　　在電動汽車上，業(yè)內(nèi)都在評估碳化硅，所以對碳化硅產(chǎn)品也有一定的期待。首先是電池容量加載，還有充電時間縮短和電費改善。使用碳化硅模塊來解決這方面的問題，會減少損耗，同時把冷卻系統(tǒng)做一個小型化、高壓化，進行快速充電，碳化硅具有高速開關(guān)等等比較好的優(yōu)勢。

　　在技術(shù)層面，碳化硅本來就是第三代的新半導體，需要自身增加單位面積導通電阻的低電阻。此外還需攻克在芯片、短路耐受、封裝技術(shù)等問題，同時和客戶商討研發(fā)碳化硅模塊。

　　關(guān)于成本，首先要提高成品率，結(jié)合新技術(shù)，并加入新晶圓加工技術(shù)以此來解決晶體缺陷的問題。因此，羅姆半導體也在腳踏實地為以后的8英寸化量產(chǎn)做努力。

　　看戰(zhàn)略：提供羅姆方案

　　為此，羅姆定下了在市場份額達到30%的目標。其擁有以下優(yōu)勢：

　　首先羅姆半導體擁有一體化生產(chǎn)模式，一站式完成模塊，并且可以一體化生產(chǎn)，達到較好的成本控制。

　　再是構(gòu)造，直接從第二代平面技術(shù)跳到第三代和第四代的溝槽技術(shù)，去解決一些長期信賴性的問題。

　　其三是高品質(zhì)，減少一些內(nèi)部，把比較容易出現(xiàn)問題的，在長期會有問題的東西篩減的更精確，。

　　最后是高性能，RDS降低，降低VF值。

　　近年來，羅姆也與多家Tier1進行了合作，成立了多家聯(lián)合實驗室，ES、北汽新能源、吉利等等都是合作伙伴，目前也有近30家左右的相關(guān)客戶在測試羅姆的碳化硅產(chǎn)品。同時，羅姆對碳化硅的生產(chǎn)能力和所對應的產(chǎn)品，進行了產(chǎn)能的提升，對一些工廠進行了合資，在日本阿波羅地方進行了新建工廠，以此應對日后可能出現(xiàn)的產(chǎn)能不足的問題。

　　總之，羅姆為了占有率30%份額做了三方面的努力，首先是技術(shù)提高；第二是產(chǎn)品全面提供所有客戶；最后是產(chǎn)能不斷擴充。

　　看應用：主機逆變器實用案例

　　羅姆的第四代產(chǎn)品將繼續(xù)沿用之前的雙溝槽技術(shù)，進行直接車載化的產(chǎn)品研發(fā)。并且總結(jié)第三代產(chǎn)品的缺點，例如驅(qū)動產(chǎn)品，第三代羅姆用18V驅(qū)動，和15V的IGBT并不相同。第四代進行了改變，支持客戶15V-18V驅(qū)動。

　　此外，還進行了開關(guān)損耗測試，第四代和第三代相比，損耗降低了很多，使得整體效率提高。

　　羅姆在主機利潤期的應用方案，主要是推廣以碳化硅產(chǎn)品為首做模塊，或者是給模塊廠商去封裝模塊推廣，并結(jié)合一些產(chǎn)品，如電阻。因為羅姆是電阻起家的，所以有電阻、三極管、DC-DC、LDO等產(chǎn)品，在整個方案體系中都可以與客戶進行整體化的推廣。如逆變器會和碳化硅產(chǎn)品一起去的向客戶做推廣，在周邊器件這邊可以和客戶一起探討如何制造更可靠、高壓、低損耗的產(chǎn)品，給客戶比較豐富的產(chǎn)品線。

　　羅姆目前推廣了電路、PNP管、三級管等產(chǎn)品。首先帶給客戶一些復合型的功能會，進行比較強大的應用。此外，羅姆的封裝也會比較全，像89封裝，小封裝大電流的產(chǎn)品也會有，一些電阻肖特基二極管的方案，只要客戶表達想要的需求，羅姆可以給客戶一個完整、便捷的方案。

　　看關(guān)鍵：SIC功率器件應用中的Crosstalk

　　碳化硅在實際應用中，主要有串擾問題，串擾問題會在半橋或者全橋中出現(xiàn)，以下管開關(guān)側(cè)為案例，上管是以回流側(cè)為案例做說明。

　　首先就是負壓問題，其實也是一個行業(yè)問題，負壓問題是比較窄。雖然窄也可以使用，但是若要追去精細，則需要設計者克服一些問題去用，現(xiàn)在的負壓問題，都是在-4V或者-6V，而且包括尖峰電壓的趨勢。IGBT肯定都是正20V，所以基本上負壓問題就不在IGBT的討論范圍之內(nèi)。

　　對于負壓問題需要探討一些串擾問題，在開關(guān)側(cè)on的情況下，它對側(cè)上管就會有一個上沖擊尖峰，這個時候求引起一個上下管導通。在off的時候也會有一個串擾，但是它是一個向下的串擾，向下的串擾就會超過一些負壓問題，則必須要研究探討。

　　具體的模符管為會有串擾，如以247封裝為例，首先在247封裝里面內(nèi)部有一個元級的雜感，P角一是有雜感，這里簡稱為trace雜感和source雜感并聯(lián)，再去抓波形時，摻入一個探頭，它的雜感就會在下面產(chǎn)生一個電壓問題。

　　首先在開關(guān)側(cè)進行on，在on的情況下，這邊的電流就通過下管的電流會增大，通過上管的電流之后，上管的處于off的狀態(tài)，off走的是二級管理，二級管還會再走，電流的方向就是看一下紅線的回流側(cè)?；亓鱾?cè)這樣走之后，它就是慢慢降低的情況下，這樣的情況下阻礙降低，它的電流也要跟電流是一樣的，所以它就形成感應電動勢。感應電動勢的正極是上，就是source極上面是正極，下面是負極，同樣，下面P角上也會有雜感，它也是上面是正，下面是負。

　　它在on的時候，電壓開始提高了，由電壓的DVDT引起了上管的串擾問題，所以上管是DVDT引起的，首先是電流變化，接下來就是電壓變化，在上管形成電壓變化，它會急速上升電壓，就會有一個電流流過去，通過米勒平臺CRIC進行充電，然后形成藍色的回路進行充電。也就是DVDT越小，它的電流也就越小，電流越小電壓也會浮動越小。所以對于這些也可以侵略一些措施，加一些米勒MOS管去前置它。

　　接下來就是off的狀態(tài)，off也會出現(xiàn)這樣一個問題，剛才on的時候是沖完電了，off的時候一開始就是進行放電，進行放電之后也會有一個回路進行放電，它的充電回路是相反的，所以這里是正壓，這里是負壓，這里就會出現(xiàn)負壓，這個負壓問題也是羅姆需要克服的，不能超過負值。

　　電壓變化好之后就因為了電流，電流增大之后，有一個自感，因為它是在off的階段，它下管電流是慢慢減小的，因為它進行了回流，回流之后對于二級管來說，它的電流是慢慢增大的，增大之后要阻礙電流增大，它就要形成自感，自感下邊是正壓，上面是負壓。

　　從理論知識可以看到，理論知識與器件產(chǎn)品的一些的具體特性有關(guān)系，在特性不變的條件下，可以通過外部的電路或者采取一些比較好的L進行改善，這也是羅姆能夠做到的，所以羅姆愿意跟客戶探討這一研究方向。

　　按照這樣一個方向，推薦客戶用一個米勒MOS管做一個前衛(wèi)。負壓推薦肖特基二極管，在GS上面采用肖特基二極管前位住一個負壓，達到比較好的效果。

　　剛才強調(diào)開關(guān)側(cè)跟回流側(cè)的一些具體方案，例如在什么時候用哪些去做，例如在負壓在尖峰電壓的情況下，可以通過一些二、三級管解決，或者是通過米勒MOS管解決。

　　關(guān)斷的應用解決方案，與客戶強調(diào)比較多的還是米勒MOS管和肖特基二極管，能夠解決正壓和負壓的問題，最好是外置的米勒MOS管。

　　這個也是剛才所說的實際案例的擴充，這個也是運用羅姆去做一些產(chǎn)品和推廣，給客戶的一些實際案例的回饋，給客戶做一些仿真。同樣羅姆也會做一些仿真，跟客戶做一些對比、評判等等情況，所以這個也是可以做到的。

　　首先羅姆進行實測，加一些前置的肖特基二極管，或者肖特基二極管加好之后做一些前位的MOS管做的實測案例也用簡單的雙脈沖去看了一下情況，效果還是比較明顯的。像A沒有抑制的情況下，可以看到它的GS上升也會比較大一點，這邊電流的峰值也會比較大，在這個峰值跟它的對比情況下斷定已經(jīng)產(chǎn)生了誤操作，解決上下管導通的情況?；旧仙舷鹿艿綄ǖ脑挘床ㄐ蝸矶x，不是單單超過VGS、VTH值就一定會上下管導通，這也是不可取的現(xiàn)象。例如標3V的VTH值，其實不是超過30V一定會發(fā)生上下管導通，只是增加了一個風險。

　　是不是上下管導通，具體來還要看一下電流的波形，可以看到電流峰值的波形，可以看這時候已經(jīng)進行了上下管導通的情況，加一些MOS管或者肖特基二極管的話，可以做到比較好的前位，尤其是負壓這邊也會做一個比較好的前位，所以這個肖特基二極管的效果也是比較明顯的。

　　羅姆從目前半導體發(fā)展趨勢出發(fā)，分析了其目標戰(zhàn)略，實際應用與關(guān)鍵技術(shù)攻克的情況。倪敏表示，羅姆將主動的給客戶更好的服務，更好的態(tài)度面對第三代產(chǎn)品，并主推第四代碳化硅的產(chǎn)品。