世界首家“全SiC”功率模塊開始量產(chǎn)

　　日本知名半導(dǎo)體制造商羅姆株式會社(總部：日本京都市)推出的“全SiC”功率模塊(額定1200V/100A)開始投入量產(chǎn)。該產(chǎn)品的內(nèi)置功率半導(dǎo)體元件全部采用SiC(Silicon Carbide：碳化硅)構(gòu)成。

　　此產(chǎn)品安裝在工業(yè)設(shè)備和太陽能電池等中負(fù)責(zé)電力轉(zhuǎn)換的變頻器、轉(zhuǎn)換器上，與普通的Si(硅)材質(zhì)的IGBT模塊相比，具備以下優(yōu)勢，有效解決了世界能源和資源等地球環(huán)境問題。

　　●開關(guān)損耗降低85%

　　●與傳統(tǒng)的400A級別的Si-IGBT模塊相替換時，體積減小約50%

　　●損耗低，因此發(fā)熱少，可減小冷卻裝置體積，從而可實(shí)現(xiàn)設(shè)備整體的小型化

　　本產(chǎn)品計劃在羅姆總部工廠(京都市)從3月份下旬開始量產(chǎn)、出貨。

　　近年來，在工業(yè)設(shè)備和太陽能電池、電動汽車、鐵路等電力電子技術(shù)領(lǐng)域，與Si元件相比，電力轉(zhuǎn)換時損耗少、材料性能卓越的SiC元件/模塊的實(shí)際應(yīng)用備受期待。

　　根據(jù)估算，將傳統(tǒng)的Si半導(dǎo)體全部替換為SiC后的節(jié)能效果，僅在日本國內(nèi)就相當(dāng)于4座核電站的發(fā)電量※2，因此，各公司都已強(qiáng)化了相關(guān)研究開發(fā)。在這種背景下，羅姆于2010年在世界上率先成功實(shí)現(xiàn)了SiC-SBD和SiC-MOSFET兩種SiC元件的量產(chǎn)，在行業(yè)中遙遙領(lǐng)先。

　　與此同時，關(guān)于“全SiC”模塊，即所內(nèi)置的功率元件全部將Si替換為SiC，多年來，雖然全世界的制造商多方試制，但在可靠性上存在諸多課題，一直無法實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

　　※1：根據(jù)羅姆的調(diào)查(截止2012年3月22日)

　　※2：根據(jù)日本工程振興協(xié)會(ENAA)的調(diào)查：截止2020年日本國內(nèi)主要領(lǐng)域都導(dǎo)入了SiC功率元件的情況下

　　(按1座100萬kW級的核電站=8.8TWh/年估算)

　　此次，通過羅姆開發(fā)出的獨(dú)創(chuàng)的缺陷控制技術(shù)和篩選法，使可靠性得以確保。另外，針對SiC制備過程中特有的1700℃高溫工序，為了防止其發(fā)生特性劣化，羅姆開發(fā)了控制技術(shù)，于世界首家確立了“全SiC”功率模塊的量產(chǎn)體制。

　　內(nèi)置最先進(jìn)的SiC-SBD和SiC-MOSFET兩種元件，與傳統(tǒng)的Si-IGBT模塊相比，可以將電力轉(zhuǎn)換時的損耗降低85%。另外，與IGBT模塊相比，在10倍于其的頻率-100kHz以上的高頻環(huán)境下工作成為可能。該產(chǎn)品的額定電流為100A，通過高速開關(guān)和低損耗化，可以與額定電流為200～400A的Si-IGBT模塊進(jìn)行替換。

　　不僅如此，通過設(shè)計和工藝的改善，羅姆還成功開發(fā)出散熱性卓越的模塊。替換傳統(tǒng)的400A級別的Si-IGBT模塊時，體積可減小約50%。由于損耗低，因此發(fā)熱少，可減小外置的冷卻裝置體積，從而非常有助于設(shè)備整體的小型化。

　　羅姆將以SiC為首的功率元件事業(yè)作為發(fā)展戰(zhàn)略之一定位，今后，加強(qiáng)實(shí)現(xiàn)更高耐壓、更大電流的SiC元件/模塊的產(chǎn)品陣容的同時，不斷推進(jìn)完善SiC 溝槽式MOSFET和SiC-IPM(智能電源模塊)等SiC相關(guān)產(chǎn)品的陣容與量產(chǎn)化。

　　<特點(diǎn)>

　　1) 開關(guān)損耗降低85%

　　內(nèi)置了最先進(jìn)的SiC-SBD與SiC-MOSFET的“全SiC”模塊，與傳統(tǒng)的Si-IGBT相比，開關(guān)損耗可降低85%。

　　2) 實(shí)現(xiàn)小型、輕薄封裝

　　通過設(shè)計和工藝改善，成功開發(fā)出散熱性卓越的模塊。大大有助于設(shè)備的小型化需求。

　　<電路圖>

　　<術(shù)語解說>

　　?IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor的簡稱)

　　絕緣柵雙極晶體管。給柵極安裝了MOSFET的雙極晶體管。

　　?MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field　Effect　Transistor的簡稱)

　　金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，是FET中最被普遍使用的結(jié)構(gòu)。作為開關(guān)元件使用。

　　?SBD(肖特基勢壘二極管Schottky Barrier Diode　的簡稱)

　　使金屬和半導(dǎo)體接觸從而形成肖特基結(jié)，利用其可得到整流性(二極管特性)的二極管。具有“無少數(shù)載流子存儲效應(yīng)，高速性能卓越”的特點(diǎn)。