12月2日, 由FIA主辦的電動汽車全球頂級賽事 'Formula E錦標賽2017-2018(第4賽季) '揭幕賽在香港舉行, 其中文圖瑞電動方程式車隊 (VENTURI Formula E Team) 賽車的核心驅動部件逆變器正是採用了羅姆帶來的 '全SiC' 功率模組. Formula E是唯一能夠在新一代電動汽車中嘗試最尖端技術的賽車運動, 羅姆帶來的 '全SiC' 功率模組可助力賽車中最關鍵的電力管理方面實現更高的性能.
'全SiC' 功率模組帶來的改變
Formula E是全電力驅動的汽車賽事, 因其不使用化石燃料非常環保, 在香港, 柏林, 紐約等全球多個城市的市中心舉辦了公路賽事. 所以如何毫無浪費地充分利用電力是Formula E賽事的制勝關鍵, 其技術革新有望引領普通電動汽車的技術發展.
在此次第4賽季Formula E錦標賽中, 文圖瑞電動方程式車隊賽車核心驅動部件逆變器採用的 '全SiC' 功率模組與以往不同. 據羅姆半導體(上海)有限公司設計中心高級經理水原德建介紹, 羅姆上個賽季為逆變器僅提供了二極體(SiC-SBD), 但從第4賽季開始, 將提供整合了晶體管與二極體的 '全SiC' 功率模組, 這與未搭載SiC的逆變器相比, 成功實現43%的小型化與6kg的輕量化. 可見, 通過減小體積和重量的同時, 效率提升的SiC逆變器能夠很好的幫助電動車增加續航能力.
水原德建表示, 採用 '全SiC' 功率模組可以提升效率的同時又縮小體積, 對賽車的效率和空間提升會大幅改進. 在相同的電壓下, SiC相比Si內部的電阻更低, 這意味同樣工藝構造的產品, 只用改變材料, 就可以使得內部電阻降得更低, 性能也將更好, 尺寸更小, 可以使最終的產品實現小型化. 同時SiC可以對應更高的頻率, 開關速度會比Si更快, 可以使整體的體積變的更小, 以及SiC功率模組具備更強的高溫特性, 應用效能會更突出.
此外, 對於SiC與Si功率元器件相比, 在大幅降低損耗方面也被寄予厚望, 尤其是在電動汽車中的應用, 羅姆也正在推進開發應用, 加速其在電動汽車的電機和逆變器中的應用, 目前北汽和BDY電動汽車都在用羅姆的SiC功率器件.
率先量產形成一條龍生產體系
當前, 從市場發展來看, 新能源汽車正呈現爆發的態勢, SiC功率器件也已經應用於電動汽車/混合動力車中的逆變器, 轉換器, PFC電路等領域以及太陽能, 風能等新能源中的整流, 逆變等領域, 很多半導體廠商都看好SiC技術的未來, 並積極投身其中.
其中走在SiC功率器件產業應用前沿的除了羅姆外, 英飛淩也在加速布局. 不過據水原德建稱, 相比英飛淩, 羅姆在SiC領域布局更為全面, 自2008年羅姆收購生產SiC晶圓的德國SiCrystal公司之後, 羅姆在SiC領域形成了從晶圓製造, 前期工序, 後期工序再到功率模組的一條龍生產體系, 並率先市場SiC器件的量產.
而後在2010年, 羅姆於世界首家開始量產SiC-MOSFET, 作為SiC功率元器件率先量產的企業, 羅姆開始將SiC功率元器件快速導入快充車載充電器市場, 同時在電動汽車的馬達和逆變器方面的採用也在加速.
同時在SiC功率器件工藝結構方面, 羅姆改善了與結晶缺陷有關的工藝和器件結構, 並克服了SiC-MOSFET在可靠性方面的難題. SiC-MOSFET由於不產生Si材質IGBT上出現的尾電流(關斷時流過的過渡電流), 所以關斷時開關損耗可以減少大幅減少, 而且可實現–50kHz以上的驅動開關頻率.
因此, SiC功率器件可實現機器的節能化及散熱片, 電抗器和電容等周邊元器件的小型化, 輕量化. 特別對於以往的Si材質IGBT, 開關損耗比導通損耗高, 可在這種應用中進行替換, 不過這種SiC功率器件替代目前還只限於電動汽車等高端應用市場, IGBT在傳統市場還能保持一定的優勢和佔比.
整體來看, SiC功率器件在電動汽車市場應用優勢明顯, 電動汽車市場的快速發展也將帶動SiC功率器件的市場應用. 水原德建表示, 目前羅姆在電動汽車市場的總營收佔比約為三分之一, 其中SiC功率器件的晶圓生產以4英寸為主, 正在轉向6英寸, 下一步會採用8英寸產線投產. 此外, 由於羅姆形成了從晶圓製造, 前期工序, 後期工序再到功率模組的一條龍生產體系, 對上遊材料的Focus比較準確, 所以受全球晶圓缺貨潮的影響較小, 2018年羅姆將繼續發揮在汽車領域的優勢, 提供更多的SiC產品, 提升其在新能源汽車市場應用佔比和行業地位.