兼具小尺寸与低功耗：罗姆推出新型二合一SiC封装模块

近年来，在致力于实现无碳社会的进程中，汽车的电动化发展迅速，这促进了更高效、更小型、更轻量的电动动力总成系统的开发。
 
其中尤以第三代半导体SiC受到关注最多，与前两代半导体材料相比，以 SiC 制成的器件拥有良好的耐热性、耐压性和极低的导通能量损耗，是制造高压功率器件与高功率射频器件的理想材料。
 
值得一提的是，目前新能源汽车也是 SiC 器件最大的下游应用市场，SiC 器件能在缩减体积的情况下提高能量密度和工作稳定性，并支持高平台电压，有助于解决新能源车“里程焦虑”问题。据 Yole 预计，SiC 新能源领域应用市场将以40%的 CAGR 从2021年的6.9亿美元增长至2027年的50亿美元。
 
但作为关键器件备受关注的SiC功率器件却也面临着自己的难题，尤其是面临新能源汽车往小型化发展的趋势，如何在减小尺寸的同时降低损耗，成了不少功率半导体厂商的难题。
 
对此，罗姆在近日发布了全新的品牌——EcoSiC™，以及在这一新品牌下一款二合一SiC封装型模块TRCDRIVE pack™，以此来解决新能源汽车动力系统中中存在的问题。
 

 
EcoSiC™，致力新能源
 
罗姆作为一家领先的半导体和电子元器件制造商，近年来推出了一系列以高效和环保为主旨的产品，罗姆的氮化镓品牌——EcoGaN™自2022年以来一直在使用，以此来支持罗姆不断增长的使用氮化镓的功率器件组合及其在开关速度方面的卓越性能，而全新的EcoSiC™ 是罗姆针对SiC产品所推出的品牌。
 
据罗姆介绍，EcoSiC结合了“Eco”和“SiC”两个术语，象征着生态系统和卓越技术之间的联系。该设计集成了电路图案和六边形晶体结构，代表了SiC技术的精确性和创新性。这些要素突出了罗姆对提供先进和可持续解决方案的承诺。该品牌是罗姆“Power Eco Family（功率节能家族）”品牌理念的一部分，旨在最大限度地提高电子应用程序的效率和紧凑性，同时对环境做出积极贡献。


 
罗姆表示，EcoSiC 品牌的推出追求性能提升、可持续性和技术创新这三个战略目标。其认为EcoSiC 品牌下的SiC 器件可实现更高的开关频率和更低的损耗，从而实现更高效、更紧凑的系统，推广碳中和 SiC 技术等环保产品也可显著降低电动汽车和可再生能源系统等应用中的能源消耗。
 
未来，罗姆将作为开发和制造 SiC 产品的领先公司之一，不断投资研发以提高 SiC 元件性能，并扩大其生产能力以满足对 SiC 元件日益增长的需求。
 
二合一封装SiC模块
 
根据Yole Intelligence 2023年功率SiC报告，从xEV中各种应用产品的市场规模来看，按DC-DC、OBC和牵引逆变器这三个主要应用产品区分，其中占比最大的是牵引逆变器。再从xEV应用中各种SiC功率器件的市场规模来看，按混合模块中的二极管、分立二极管、分立晶体管以及全SiC模块来区分，全SiC模块整体占比最大，说明目前市场需要支持小型化和减少工时的全SiC模块。
 
事实上，2021年之后发售的纯电动车中开始用到SiC，从牵引逆变器使用的电流值来看， 300A-600A之间占到七成左右，而IGBT主要用于混合动力车，而SiC则广泛应用于中低端车型、高端车型以及大卡、公共汽车的车型。总体来说，300A以上的大电流和400V以上的高耐压区需要全SiC模块。
 
正是出于这样的市场需求，在全新的EcoSiC™ 品牌中，罗姆首先推出的就是面向300kW以下的xEV（电动汽车）用牵引逆变器，二合一SiC封装型模块“TRCDRIVE pack”，其中包括4款产品（750V 2个型号：BSTxxxD08P4A1x4，1,200V 2个型号：BSTxxxD12P4A1x1）。
 
据了解，TRCDRIVE pack™的功率密度高，并采用罗姆自有的引脚排列方式，有助于解决牵引逆变器面临的小型化、效率提升和减少工时等主要痛点。
 
据罗姆介绍，TRCDRIVE pack™系列产品有四个特点：特点一是小型，采用主电流和控制信号分离的罗姆自有结构，实现小型封装；特点二是高功率密度，通过尽可能扩大散热面积，实现业界超高功率密度；特点三是减少安装工时，采用“press fit pin”引脚，无需焊接电路板；特点四是确立离散型量产体系，可实现大量生产。
 
在小型化方面，相比以往的封装技术，TRCDRIVE pack™尺寸减小28%，其通过采用使电流在内部芯片间均匀流动的罗姆自有布局设计，主电流和控制信号的路径分离（采用Press fit pin）以及采用低导通电阻更高效率的第4代SiC MOSFET，实现了模块小型化。
 
在高功率密度方面，TRCDRIVE pack™相比普通SiC封装型模块，实现了1.5倍的业界超高功率密度。一方面，这一产品的电感值更低，另一方面是散热性能更出色。采用铜夹钳，优化电源端子布局，通过尽可能扩大主电流布线中的电流路径和采用双层布线结构，降低了电感值（5.7nH），从而有助于降低开关时的损耗。另外，采用银烧结的技术，以及高性能树脂（Tg>230℃），使得散热性能更出色。
 

TRCDRIVE pack™产品图片
 
在减少安装工时方面，该模块在模块顶部配备了“Press fit pin”方式的控制用信号引脚。要在封装型模块中实现Press fit pin时，由于需要在引脚已安装于引线框架上的状态下用树脂进行密封，因此很难确保引脚之间的公差。而TRCDRIVE pack™通过内部布局和罗姆自有的封装技术，攻克了这个课题。栅极驱动器电路板只需从顶部按下即可完成连接，有助于减少安装工时。
 
而在生产效率方面， 该产品虽然是模块产品，但目前已经确立了类似于分立产品的量产体系，与以往普通的SiC壳体型模块相比，产能提高了约30倍。
 
除上述以外，罗姆拥有在公司内部进行电机测试的设备，可在应用层面提供强力支持。为了加快TRCDRIVE pack™产品的评估和应用，罗姆提供各种支持资源，其中包括从仿真到热设计的丰富解决方案，助力客户快速采用TRCDRIVE pack™产品。另外，还提供双脉冲测试用和三相全桥用的两种评估套件，支持在接近实际电路条件的状态下进行评估。


TRCDRIVE pack™三相全桥用评估套件
 
写在最后
 
对于罗姆来说，新能源汽车向来是其最为重视的功率器件市场之一，此次推出EcoSiC™这一品牌和TRCDRIVE pack™产品，也印证了这一点。我们相信，罗姆针对市场痛点设计的器件和解决方案，让其在保持SiC技术和市场领先地位的同时，也能更好地推动未来国内新能源汽车行业的发展。