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近日，羅姆半導(dǎo)體公布了眾多重磅消息，加快碳化硅（SiC）半導(dǎo)體進擊速度，例如：
●?第4代SiC MOSFET成功應(yīng)用于極氪汽車的極氪X、極氪009和極氪001等3款車型的主機逆變器上。
●?計劃于2025年推出第5代SiC MOSFET，同時也提前了第6代及第7代產(chǎn)品的市場投入計劃。
●?2024年日本工廠開始生產(chǎn)8英寸SiC，計劃于2025年供貨。
●?目前統(tǒng)計到2027年量產(chǎn)的所有項目，羅姆已在全球范圍內(nèi)獲得130家以上的Design-win，金額達到1萬億日元（超過485億人民幣）。2025年SiC銷售目標(biāo)是超過1100億日元（超過53億人民幣），2027財年超過2200億日元（超過106億人民幣）。
同時，羅姆首次在PCIM Asia 2024展覽會上公開亮相了最新的碳化硅模塊產(chǎn)品，他們對這款產(chǎn)品信心十足——2027財年碳化硅模塊營收要超過600億日元（約合人民幣29.13億元），占總體碳化硅營收的27%以上。
究竟羅姆的碳化硅模塊有哪些優(yōu)勢？設(shè)計上有哪些巧思？近日，“行家說三代半”采訪了羅姆半導(dǎo)體高級經(jīng)理蘇勇錦。
羅姆將這款碳化硅模塊新品命名為“TRCDRIVE pack?”，主要是為300kW以下新能源汽車牽引逆變器而開發(fā)打造的全新碳化硅技術(shù)平臺。
這次首發(fā)的開發(fā)4款TRCDRIVE pack?產(chǎn)品均為半橋（二合一）SiC塑封模塊，其中包括2個750V模塊（BSTxxxD08P4A1x4）和2個1200V模塊（BSTxxxD12P4A1x1），分別面向400V和800V車型。TRCDRIVE pack?產(chǎn)品目前具有2個封裝尺寸，最大的輸出電流為700A 以上。
蘇勇錦認為，羅姆的TRCDRIVE pack?碳化硅半橋模塊具備4大優(yōu)勢，分別是小型化、高功率密度、減少安裝工時以及大規(guī)模生產(chǎn)，并詳細介紹了模塊中的設(shè)計要點。
塑封+Press Fit
模塊尺寸縮小28%
與灌膠框架式碳化硅模塊不同，目前大部分的SiC半橋塑封模塊的引腳通常都放置在模塊的側(cè)面，極少企業(yè)可以做到將Press fit引腳放置在模塊中間，這是由于塑封工藝導(dǎo)致的。
據(jù)蘇勇錦介紹，塑封碳化硅模塊要實現(xiàn)Press fit引腳設(shè)計，通常會先將引腳安裝在引線框架上，再進行樹脂密封，這就導(dǎo)致把信號引腳做在模塊頂部的難度很高，最大的難點在于確保引腳之間的公差。
羅姆的TRCDRIVE pack?通過內(nèi)部布局和羅姆自有的封裝技術(shù)，攻克了引腳公差難題，“這是我們最大的創(chuàng)新點?！?/strong>
傳統(tǒng)塑封碳化硅半橋模塊的結(jié)構(gòu)是信號引腳和功率端子是從側(cè)面引出的，相較之下，TRCDRIVE pack?模塊的整體尺寸縮小了28%。
不同碳化硅模塊示意圖 來源：行家說三代半
為什么碳化硅塑封模塊要采用頂部Press fit引腳設(shè)計？這是因為Press fit技術(shù)是通過將引腳壓入PCB通孔中，來完成驅(qū)動板與功率模塊的電氣連接，消除了焊接工藝，減少裝配時間和成本。
驅(qū)動板與碳化硅模塊壓接示意圖 來源：行家說三代半
此外，塑封模塊還具備大規(guī)模生產(chǎn)優(yōu)勢，相對灌膠模塊來說，塑封生產(chǎn)工藝更簡單，從成本控制和批量生產(chǎn)的角度來說也有很大的優(yōu)勢。
3D銅夾片降低雜散電感，散熱板銀燒結(jié)提升功率密度
目前，主流的車規(guī)級SiC模塊通常仍然傳統(tǒng)硅基IGBT模塊的HPD灌封方式，因此無法充分發(fā)揮碳化硅器件的優(yōu)勢性能，業(yè)界正在致力于解決雜散電感、高工作溫度、高可靠性和高功率密度等挑戰(zhàn)。
羅姆的TRCDRIVE pack?碳化硅模塊在解決雜散電感和高功率密度方面也有很多獨到的設(shè)計。
由于碳化硅器件開關(guān)頻率非常高，會導(dǎo)致電流變化更快，而雜散電感過高主要會對碳化硅功率器件的運行產(chǎn)生兩個影響，一是導(dǎo)致Vds峰值過高，因此需要增加設(shè)計余量以降低過壓擊穿風(fēng)險；二是導(dǎo)致電壓電流更長更劇烈的拖尾震蕩，這會將增加電磁干擾，對損耗及損耗計算造成影響。
據(jù)介紹，在降低雜散電感方面，羅姆TRCDRIVE pack?除了采用Press fit引腳設(shè)計，通過將主電流和控制信號的路徑分離降低電感值外，其他方法還包括擴大主電流布線中的電流路徑，以及采用雙層布線結(jié)構(gòu)。
這是因為碳化硅模塊的雜散電感主要包括元器件本身的雜感和連接導(dǎo)體的回路雜感，TRCDRIVE pack?采用的3D 銅夾片（Cu Clip）布線，不僅可以降低雜散電感，還可以流過更大的電流。
據(jù)蘇勇錦介紹，市面上常規(guī)產(chǎn)品的碳化硅半橋模塊的電流水平約為300A，而羅姆的TRCDRIVE packTM在同樣面積下可以達到450A，功率密度約為前者的1.5倍左右。
在提升功率密度方面，除了3D銅夾片外，羅姆還對功率端子進行了優(yōu)化設(shè)計，TRCDRIVE pack?的NPN連接是不同于普通電源端子的連接方式，這更符合下游客戶的實際應(yīng)用需求，有助于將功率模塊功率密度做得更高。
當(dāng)然，TRCDRIVE pack?還采用了羅姆第4代SiC MOSFET，得益于該芯片的單位面積導(dǎo)通電阻非常高，導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗比普通產(chǎn)品做得更好，因此整體模塊可以做到小型化和更高的輸出電流能力。
此外，為了提升TRCDRIVE pack?的高溫工作能力，羅姆TRCDRIVE pack?選用了耐高溫、高性能的樹脂（Tg＞230℃），同時還導(dǎo)入了大面積銀燒結(jié)技術(shù)。除了SiC MOSFET的芯片頂部和底部會采用銀燒結(jié)外，TRCDRIVE pack?還提供底部散熱板采用銀燒結(jié)工藝的產(chǎn)品選項，從而進一步降低碳化硅模塊熱阻，模塊的出流能力、散熱性能也更好。
除了這次推出的4款TRCDRIVE pack?半橋模塊外，羅姆未來還會推出三相全橋（六合一）SiC塑封模塊產(chǎn)品，將采用pin to pin的模塊形態(tài)，功率密度將是現(xiàn)有三相全橋模塊的1.3倍左右。
在產(chǎn)能方面，羅姆表示，相較于普通的SiC框架式灌封模塊，他們的塑封模塊產(chǎn)能可提高約30倍，這次發(fā)布的新產(chǎn)品已于2024年6月開始暫以10萬個/月的規(guī)模投入量產(chǎn)。
而為了加快TRCDRIVE pack?產(chǎn)品的評估和應(yīng)用，羅姆還提供各種支持資源，其中包括從仿真到熱設(shè)計的豐富解決方案，助力客戶快速采用TRCDRIVE pack?產(chǎn)品。另外，羅姆還提供雙脈沖測試用和三相全橋用的兩種評估套件，支持在接近實際電路條件的狀態(tài)下進行評估。
下載ECAD模型
