罗姆开始量产工业设备用全SiC模块 - 全文

　　日本的SiC相关业务目前正在迅速增长。SiC与现有的硅（Si）相比可大幅削减电力损耗，因此作为新一代功率半导体材料备受关注。但此前，SiC功率元件在成本和特性方面还存在一些问题，因此只在部分用途得到了采用。为改善这种状况，以日本企业为中心，扩大SiC相关业务的动向日益活跃。

　　其中比较积极的是罗姆公司。该公司是首家投产SiC肖特基势垒二极管（SBD）和SiC MOSFET的日本企业。而且，罗姆还宣布从2012年3月开始“全球首次量产”晶体管和二极管都采用SiC的“全SiC”功率模块（以下简称全SiC模块）（图1）。

　　

　　图1：开始量产全SiC功率模块

　　配备SiC SBD和SiC MOSFET的全SiC功率模块的额定电压为1200V，额定电流为100A。（摄影：（a）罗姆）

　　在二极管中采用SiC的产品此前就有，但连晶体管也采用SiC的模块此次还是首次实现产品化。罗姆介绍说，之所以能率先量产全SiC模块，“主要是因为已经投产了SiC MOSFET”。截至2012年3月，销售SiC MOSFET的企业只有美国的科锐和日本的罗姆。

　　罗姆的全SiC模块通过在二极管和晶体管两种元件中采用SiC，大幅削减了电力损耗。与采用硅IGBT的功率模块相比，可将开关损耗减小85％。

　　此外，还可实现100kHz以上的高速开关，开关频率是硅IGBT模块的10多倍。

　　目前，罗姆量产的全SiC模块只有额定电压为1200V、额定电流为100A的一款产品。据罗姆介绍，虽然额定电流只有100A，但由于实现了高速开关和低损耗，可以替换额定电流为200～400A的硅IGBT模块。替换400A级的硅IGBT模块时，估计体积能削减约50％。

　　罗姆介绍说，全SiC模块的价格目前还很高，是硅IGBT模块的“3～5倍” ，但计划在数年内将价格降至硅IGBT模块的2倍左右。

　　使SiC相关业务销售额达到160亿日元

　　罗姆计划首先将全SiC模块销售到工业设备领域。“效率高、外形尺寸小是得到采用的关键”（该公司）。虽然目前只有一款产品，不过为了使全SiC模块广泛用于光伏发电系统、风力发电系统和铁路领域等，罗姆打算扩充产品线。该公司表示，计划在今后一年内投产额定电压为1200V、额定电流为300A的产品，以及额定电压为1700V、额定电流为数百安培以上的产品。

　　除此之外，罗姆还在推进制作功率元件所需的SiC基板的大口径化。因为口径越大生产效率越高，有助于削减功率元件的成本。该公司还在其集团公司德国SiCrystal制造和销售SiC基板。目前以口径为4英寸的产品为主，预定2013年内量产口径为6英寸的产品，用于制造功率元件。

　　罗姆计划通过上述SiC相关业务的强化措施来增加销售额（图2）。该公司2010年度SiC业务的销售额为17亿日元，2011年度预计为35亿日元，计划2012年度提高至50亿日元，2014年度提高至160亿日元。

　　

　　图2：计划迅速扩大SiC相关业务

　　罗姆一直致力于SiC相关业务（a）。该业务2010年度的销售额为17亿日元，2011年度预计为35亿日元，计划2012年度提高至50亿日元，2014年度提高至160亿日元（b）。

　　将用途扩大到工业设备和铁路领域

　　不仅是罗姆，其他日本企业也表现出了积极致力于SiC相关业务的态度。最近，SiC功率元件的应用范围在不断扩大。例如，富士电机将从2012年9月开始量产“日本国内首款”（该公司）配备SiC二极管的工业逆变器，主要用于数据中心和水处理设施等中连续工作的空调产品及风扇的控制，备有输出功率为5.5kW、7.5kW和11kW的三款机型。

　　铁路领域方面，三菱电机、东芝和日立制作所分别在铁路车辆的马达逆变器中采用了SiC SBD。三菱电机的产品配备在了东京Metro地铁的车辆上，已经开始运行，目前正在评测中。

　　预计今后SiC的应用范围还会进一步扩大，其中应用最多的将是电动汽车（EV）的充电用途。某SiC功率元件技术人员说道：“在定置型快速充电器内的升压电路，以及可利用家用电源充电的插电式混合动力车内的受电部升压电路方面存在需求。”。该技术人员认为，为削减电力损耗以及缩小产品尺寸，“最近1～2年，SiC二极管将得到广泛采用”。