罗姆的全碳化硅模块的突破和“上车”加速度

随着新能源汽车、可再生能源、光伏发电等应用的热潮席卷全球，人们开始不断追求更高的系统效率和性能，功率半导体市场也迎来了前所未有的增速。据Yole Group 2023年功率碳化硅报告指出，在电动汽车应用产品中，牵引逆变器的市场规模最大，功率要求最高，里面采用的碳化硅、IGBT晶圆数也最大。而将电动汽车应用中各种碳化硅元器件的市场规模进行细分，可以看到同样是全碳化硅的模块占比达到90%以上，这说明市场非常需要支持小型化和减少工时的全碳化硅模块。

罗姆在今年新发布碳化硅品牌EcoSiC™，它的设计理念分为两个部分，前半部分Eco有“环保、生态”的含义，SiC是罗姆重点发展的战略产品之一。EcoSiC™中的“E”代表地球、元器件，“E”的蓝色底色是代表罗姆对未来技术的创新，还有环保的承诺，SiC中“i”这个字母上面的一点是六角形的，并不是圆形的，现在主流的碳化硅器件都是6HSiC，于是采用六边形的结构，罗姆希望EcoSiC™可以引领碳化硅朝着创新和更环保、更生态的路线发展。而且近些年，罗姆在碳化硅的产品研发和产品战略上做了非常多的投入，销售目标是预计在2025财年达到1100亿日币，到2027财年达到2200亿日币。目前已经获得超过130家客户的Design-wins。

经过多年的市场调研及产品研发，罗姆专门针对电动汽车主机逆变器量身定制的TRCDRIVE pack™产品也于今年问世。TRCDRIVE pack™是牵引逆变器驱动用SiC塑封模块的专用商标，标有该商标的产品利用罗姆自有的结构，更大程度地扩大了散热面积，从而实现了紧凑型封装。全碳化硅模块分为两种形态，一种是灌胶型，一种是塑封型，罗姆的TRCDRIVE pack™属于塑封范畴。TRCDRIVE pack™搭载了罗姆低导通电阻的第4代SiC MOSFET，可以实现普通SiC封装型模块1.5倍的业界超高功率密度，非常有助于xEV逆变器的小型化。此外，该全碳化硅模块在模块顶部配备了“Press fit pin”方式的控制用信号引脚，因此只需从顶部按压栅极驱动器电路板即可完成连接，有助于减少安装工时。此外，它还通过尽可能扩大主电流布线中的电流路径和采用双层布线结构，降低了电感值（5.7nH），从而有助于降低开关时的损耗。

TRCDRIVE pack™产品阵容分为750V和1200V两个耐压级别，分别针对400V低压平台与800V高压平台需求，满足不同车型的应用场景。同时，产品还分为大小两个规格，以对应普通轿车和超跑、SUV不同功率段的需求。新开发的4款TRCDRIVE pack™产品均为半桥（二合一）碳化硅塑封模块，其中包括2个750V模块（BSTxxxD08P4A1x4）和2个1200V模块（BSTxxxD12P4A1x1），分别面向400V和800V车型。TRCDRIVE pack™产品目前具有2个封装尺寸，最大的输出电流为700A以上。

在日前举办的PCIM Asia展会上，罗姆现场展示了其适用于车载牵引逆变器的新型二合一SiC功率模块“TRCDRIVE pack™”新品，以及650V耐压GaN HEMT和Power Stage IC，8英寸SiC Wafer和8英寸SiC衬底工艺等。罗姆半导体高级经理苏勇锦在现场介绍了TRCDRIVE pack™的四个突出的特点：

第一是小型化，它采用电流在内部芯片间均匀流动的罗姆的自有布局设计，低导通电阻的罗姆第4代SiC MOSFET，同时结合免焊接端子（Press fit pin）与塑封工艺，成功克服了传统信号线布局难题，将模块尺寸减小达28%，实现产品小型封装。

第二是高功率密度，它可以通过尽可能扩大散热面积，实现普通产品1.5倍的业界超高功率密度。比如罗姆采用可以流过更大电流的铜带（Cu Clip）布线，通过精细的结构优化与3D clip设计，显著提升了电流承载能力；优化功率端子，采用了功率端子与NPN连接的独特设计；选用耐高温、高性能的树脂；模块底部采用银烧结工艺散热结构，热阻更低，出流能力、整机散热性能更好。

第三是减少安装工时，该模块去掉了连接器，在模块顶部配备了“Press fit pin”方式的控制用信号引脚，因此只需从顶部按压栅极驱动器电路板即可完成连接，有助于减少安装工时，把尺寸做小。

第四是大量生产，塑封模块相较于灌胶模块，在生产工艺上更简单，从成本控制和批量生产的角度来说，也有很大的优势。

作为SiC市场主要玩家，罗姆不仅专注于研发与生产碳化硅功率半导体，还围绕SiC MOSFET打造了一套完整的解决方案，提供有高竞争力的隔离栅极驱动器产品，电源管理IC、电流检测电阻、二三极管等优秀的周边器件。使用独创的无磁芯变压器隔离技术，集成电源、温度控制、保护电路等，罗姆凭借包括封装在内的独创设计，可以实现隔离型栅极驱动器的高抗噪音、高可靠性。自从2016年在全球首次量产集电源和温度控制于同一封装的磁隔离栅极驱动器开始，目前罗姆在面向牵引逆变器的隔离栅极驱动器的份额已经达到全球第一，面向汽车的磁隔离式与容量式隔离栅极驱动器IC的份额占全球份额的60%。

值得一提的是，为了加速TRCDRIVE pack™的评估和应用，罗姆提供了电机测试设备，从仿真到热设计的丰富解决方案，还有双脉冲测试用和三相全桥用的两种评估套件等多种支持资源，方便客户在接近实际电路条件的状态下进行评估。在驱动板上使用罗姆自有的高性能磁隔离驱动芯片，底部的水道也配合这个TRCDRIVE pack™全碳化硅模块做了非常小型化的水道，电容器也是罗姆专门定制的，这形成了一个非常紧凑的设计，可以为客户的前期研究带来非常大的便利性，它将于今年的第三季度推出。

未来，罗姆碳化硅功率模块业务的销售目标是600亿日元。除了现有模块的单品以外，罗姆计划推出在散热器上安装三个模块的六合一碳化硅封装模块，该产品重新设计了定制水道、散热及电容设计，采用pin to pin的模块形态，功率密度同样提升约1.3倍，预计于2024年第二季度开始供应样品，它将有助于牵引逆变器的进一步小型化。正如苏勇锦先生所说，在小型化、高效化的电动车市场需求的大环境下，罗姆将不断推陈出新，为电动汽车的发展做出自己的贡献。