實(shí)現(xiàn)業(yè)內(nèi)超小的RonA，ROHM第4代SiC MOSFET提高易用性和高可靠性

當(dāng)下消費(fèi)電子領(lǐng)域正在遭受了行業(yè)凜冬，波及到了半導(dǎo)體上下游的各大廠商。然而對以工業(yè)和汽車電子作為主要業(yè)務(wù)模塊的芯片廠商而言，仍取得了非常不錯(cuò)的成績，并且有著繼續(xù)增長的前景預(yù)期。這是因?yàn)槠囯娮拥男枨笕栽鲩L旺盛，而工業(yè)又是高附加值的穩(wěn)定賽道，因此受到全球經(jīng)濟(jì)環(huán)境的影響較小。ROHM就是在這樣的下行周期中仍保持高速增長的芯片廠商之一，整個(gè)集團(tuán)2022年上半財(cái)年銷售額約和130億人民幣左右，全年預(yù)計(jì)銷售額250～260億人民幣左右。

ROHM增長的信心來自對于汽車和工業(yè)市場的業(yè)績增長預(yù)期，而這兩個(gè)市場中有一個(gè)核心的產(chǎn)品就是碳化硅（SiC）。ROHM在2022年進(jìn)行了相應(yīng)的設(shè)備投資計(jì)劃。羅姆半導(dǎo)體（上海）有限公司技術(shù)中心副總經(jīng)理周勁先生表示，“為了應(yīng)對不斷增長的市場需求，羅姆正在積極地進(jìn)行碳化硅方面的投資，預(yù)計(jì)是在2021-2025這五年投入1700-2200億日元。”

近日ROHM專門召開了記者會，分享了其第四代SiC MOSFET的產(chǎn)品動態(tài)，并透露了其未來產(chǎn)品規(guī)劃。

第四代SiC MOSFET：實(shí)現(xiàn)業(yè)內(nèi)超小的RonA

在SiC領(lǐng)域，ROHM有著20年多年歷史。2000年ROHM開始研發(fā)碳化硅產(chǎn)品，2012年全球率先推出了車規(guī)級SiC SBD，2018年全球率先實(shí)現(xiàn)了車規(guī)級SiC溝槽MOSFET的量產(chǎn)。在2021年，ROHM發(fā)布了第4代的溝槽SiC MOSFET，并將在2023年實(shí)現(xiàn)8英寸碳化硅襯底的量產(chǎn)，之后陸續(xù)還會推出牽引功率模塊產(chǎn)品。

第四代的SiC，在第三代溝槽SiC的基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化，具備業(yè)界超小的RonA、低損耗、使用簡便和高可靠性四大特點(diǎn)。

低導(dǎo)通阻抗和開關(guān)特性優(yōu)化

ROHM通過業(yè)內(nèi)先進(jìn)的低導(dǎo)通電阻技術(shù)，針對第四代SiC元件的溝槽設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化，使得導(dǎo)通電阻（RonA）相比第三代SiC降低了40%。2025年有望實(shí)現(xiàn)第五代SiC，導(dǎo)通電阻會進(jìn)一步降低30%；2028年計(jì)劃推出第六代SiC，導(dǎo)通電阻繼續(xù)降低30%。

而且ROHM的第4代SiC MOSFET，在高溫下同樣也能實(shí)現(xiàn)業(yè)內(nèi)超小的RonA。對比同類產(chǎn)品，無論是常溫、室溫25度還是高溫175度，ROHM第4代SiC MOSFET都有著更出色的RonA表現(xiàn)。

除了RonA外，第4代SiC MOSFET的另一個(gè)進(jìn)化方向是耐壓。據(jù)介紹，第3代產(chǎn)品是650V系列耐壓，到了第4代產(chǎn)品從650V提高到750V。

超小的RonA降低了ON阻抗，相比第三代降低40%的水準(zhǔn)。在同等芯片尺寸來比較，RonA的改善能夠?qū)崿F(xiàn)40～75%的阻抗減少，讓導(dǎo)通損耗降低。在導(dǎo)通損耗降低的同時(shí)帶來的另一個(gè)益處是發(fā)熱量的減少，根據(jù)熱探頭實(shí)測，在某個(gè)實(shí)際應(yīng)用中，第3代的產(chǎn)品達(dá)到了92度，更換為第4代的產(chǎn)品可以降低20多攝氏度，僅為71攝氏度。

導(dǎo)通阻抗的降低也帶來了開關(guān)特性的優(yōu)化，“導(dǎo)通阻抗降低之后，同樣的電流情況下，同樣的導(dǎo)通阻抗情況下，芯片的尺寸會降低，帶來的好處是寄生的電容都會被降低，會比較容易能夠?qū)崿F(xiàn)高速的開關(guān)特性?！?

更高速開關(guān)也就減少了在開關(guān)過程中的損耗，同等ON阻抗的話，第四代SiC相比第三代就可以實(shí)現(xiàn)40%的尺寸減少；開關(guān)特性的改善，可大幅度改善開關(guān)損耗。

在開關(guān)特性改善的同時(shí)，ROHM也針對柵極和源極之間的電容值（Cgd）進(jìn)行了降低，從而減少了MOSFET誤開啟的風(fēng)險(xiǎn)。

高速開關(guān)特性帶來的好處不言而喻，一是開關(guān)過程中產(chǎn)生的發(fā)熱量進(jìn)一步降低，開發(fā)者可以在電路設(shè)計(jì)中選擇更小尺寸的散熱器，從而降低了整體設(shè)計(jì)的成本、尺寸和重量。

通過在導(dǎo)通阻抗和開關(guān)特性上的優(yōu)化，讓第4代SiC MOSFET在整體上的損耗進(jìn)一步降低。在相同的電路設(shè)計(jì)中，ROHM 第4代SiC可以提供比同類產(chǎn)品更高的能量轉(zhuǎn)換效率。

使用簡便

在使用上，ROHM第4代SiC MOSFET提供了三大便利。首先是驅(qū)動電壓的降低。15V跟18V兩種驅(qū)動電壓的導(dǎo)通阻抗只有11%的差距，因此在15V的情況下就可以滿足一般狀態(tài)的SiC全負(fù)載驅(qū)動。也就是說與IGBT等目前廣泛應(yīng)用的柵極驅(qū)動電路就可以滿足其驅(qū)動要求，從而實(shí)現(xiàn)了客戶驅(qū)動電路設(shè)計(jì)的簡化。

第二大使用便利來自其無需負(fù)Bias的設(shè)計(jì)。無需負(fù)壓驅(qū)動的特色，可以實(shí)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)的簡化，結(jié)合四通道、六通道或更多驅(qū)動器的設(shè)計(jì)，可以大幅簡化變壓器設(shè)計(jì)，減少體積。

第三個(gè)使用的便利來自第4代SiC MOFET內(nèi)部柵極電阻的阻值進(jìn)一步降低。內(nèi)部柵極電阻降低，外部柵極電阻的調(diào)整就會更為靈活；而且同一柵極電阻阻值下，開關(guān)損耗也比同類產(chǎn)品會減少。

高可靠性

ROHM第4代SiC MOSFET產(chǎn)品的關(guān)鍵特性之一就是高可靠性。通常來說，標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)通阻抗跟短路耐受時(shí)間是互斥的，RonA減小會導(dǎo)致短路耐受時(shí)間變短。但ROHM通過獨(dú)特的器件結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了更低的飽和電流值，從而在RonA減小的同時(shí)，也保證了更長的短路耐受時(shí)間。

垂直整合型SiC生產(chǎn)體系

對于SiC而言，垂直整合的生產(chǎn)體系可以保證供貨的穩(wěn)定，并實(shí)現(xiàn)可追溯的更高產(chǎn)品質(zhì)量。早在2009年，ROHM就洞察到了SiC市場的先機(jī)，收購了SiC晶圓市場份額排名前列的SiCrystal公司，從而獲得了在SiC晶圓供應(yīng)上的穩(wěn)固。

羅姆半導(dǎo)體（上海）有限公司市場宣傳課高級經(jīng)理張嘉煜先生表示，從原材料到晶圓以及封裝，均在羅姆公司內(nèi)部進(jìn)行，這樣可以保持長期穩(wěn)定的供貨，同時(shí)也可以做到非常好的追溯性。

面對未來快速增長的SiC市場，ROHM也會繼續(xù)加大投資，預(yù)計(jì)未來，2021-2025五年內(nèi)會投入約1700-2200億日元。

結(jié)語

汽車電子、工業(yè)是當(dāng)下半導(dǎo)體廠商競逐的賽道，而SiC的替換和滲透，是這次汽車電氣化和雙碳經(jīng)濟(jì)中重要的芯片機(jī)遇。為了抓住這一巨大市場，業(yè)內(nèi)都在積極布局垂直的生產(chǎn)體系。ROHM憑借著前瞻的市場洞察以及SiC 產(chǎn)品競爭力，已經(jīng)在市場占據(jù)了先機(jī)。而探索的腳步并不會停止，據(jù)悉，ROHM第5代的SiC產(chǎn)品已經(jīng)投入研發(fā)，預(yù)計(jì)2025年會推出相應(yīng)的產(chǎn)品，碳化硅模塊也會陸續(xù)推出相應(yīng)的產(chǎn)品。