罗姆半导体：碳化硅器件在新能源汽车上的设计与应用

发布时间：2024-07-26 10:14
作者：AMEYA360
来源：网络
阅读量：1806

　　根据日本本土的市场数据，在碳化硅半导体市场，罗姆日本市场占有率第一，全球第五。同时在碳化硅晶圆制造技术方面也处于世界领先地位。2024年，罗姆在宫崎县国富町建立全新的碳化硅工厂，在碳化硅领域的战略目标也逐渐清晰。

罗姆半导体：碳化硅器件在新能源汽车上的设计与应用

　　罗姆从出光兴业的子公司手里，收购了其国富工厂，投资3000亿日元展开了150mm-200mm碳化硅晶圆的生产制造。而罗姆为了实现碳化硅半导体的增产计划，从2021年到2027年的7年间，将会投资5100亿日元。

　　预计截至2025年，仅在碳化硅半导体的企业销售额，计划增长18%，达到年销售额1300亿日元，剑指世界市场占有率30%。到2027年销售额更计划达到2700亿日元。

　　罗姆的底气，来自自身的产品力信心，也来自于日益增长的汽车应用市场及积极拓展该市场带来的订单。

　　近年来，新能源汽车持续快速增长，我国2023年产销量分别是958.7万辆和949.5万辆，同比分别增长35.8%和37.9%，已连续九年位居世界第一;新能源市场占有率达到了31.6%，同比增加5.9pct。据预测，中国新能源汽车预计今年有望达到1100万辆，全球在未来5年继续保持15%~30%的增速。

　　在全球汽车电动化的浪潮下，行业最关心的课题是续航里程。影响续航里程的因素有很多，包括电池容量、车身重量、电力系统的电能转化效率等。功率半导体是电能转换的核心，SiC作为第三代半导体的代表，其禁带宽度约为Si基材料的3倍，可在200℃以上的温度条件下工作;临界击穿场强约为Si基材料的10倍，耐高压能力强，可在高达3000V电压下工作;热导率约是Si基材料的3倍，散热效果更佳，可简化冷却系统;电子饱和漂移速率约是Si基材料的3倍，工作频率高，驱动功率小，损耗低。

　　在新能源汽车中，功率模块已从Si基IGBT为主的时代，开始逐步进入以SiC 功率器件为核心的发展阶段。SiC功率器件主要应用在电机驱动逆变器、电源转换系统(车载DC/DC)、车载充电系统 (OBC)、车载空调系统 (PTC加热器和空压缩机)等方面。

罗姆半导体：碳化硅器件在新能源汽车上的设计与应用

　　罗姆(ROHM)自2000年开始一直在推动SiC元器件的基础研究并不断完善工艺，其IDM(垂直统合型生产体系)和品质保证体系，从晶圆到芯片、封装、模组，可满足半导体厂商、模块厂商以及OEM厂商的各种各样的需求。

罗姆半导体：碳化硅器件在新能源汽车上的设计与应用

　　罗姆2010年全球量产SiC SBD和MOSFET;2021年发布了第4代的沟槽SiC MOSFET，备有不同RDS(on)的750V和1200V器件。2023年量产8英寸碳化硅衬底，2024年推出全SiC牵引功率模块产品。

罗姆半导体：碳化硅器件在新能源汽车上的设计与应用

　　罗姆第4代的SiC MOSFET技术优势：

　　1.在改善短路耐受时间的前提下实现业内超低导通电阻

　　通过进一步改进自有的双沟槽结构，成功地在改善短路耐受时间的前提下，使导通电阻比第3代产品降低约40%。作为SiC MOSFET，实现了业界超低的导通电阻。

罗姆半导体：碳化硅器件在新能源汽车上的设计与应用

　　2.通过大幅降低寄生电容，实现更低开关损耗

　　通过大幅降低栅漏电容(Cgd)，成功地使开关损耗比第3代产品降低约50%。

罗姆半导体：碳化硅器件在新能源汽车上的设计与应用

　　3.支持15V栅源驱动电压，应用产品设计更容易

　　在MOSFET中，需要在器件ON时向晶体管的栅极施加一定量的电压。除了到第3代SiC MOSFET为止所支持的18V栅源驱动电压(Vgs)外，第4代SiC MOSFET还支持处理的15V栅源驱动电压，更容易可与IGBT一起用来设计驱动电路(栅极驱动电路)。


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　　随着车载电子设备和工业设备的不断发展，电路板上电容器容量不足和安装空间紧张已成为亟待解决的严峻课题。但另一方面，在LDO(Low Dropout)稳压器的输出电容器选型时，为避免振荡等非常恶劣的情况发生，即便牺牲电路板空间和成本，也需要配置大容量电容器，这已成为业界惯例。然而，担心这种方法在未来是否依然可行的工程师应该不在少数。　　对此，ROHM开发出适用LDO的新技术“NanoCap™”，可在将输出电容容量降至470nF(0.47µF)的同时实现稳定工作。这为工程师提供了一种降低振荡风险的同时削减电路板安装面积的设计方法。本文将为您介绍颠覆LDO设计常识的创新技术——NanoCap™。　　※NanoCap™是ROHM Co., Ltd. 的商标或注册商标。　　目录　　1. 这种LDO设计，真的有那么好吗?　　2. ROHM的设计理念：为何470“nF”的电容也不会振荡?　　3. NanoCap™ LDO有何独特之处?　　4. 设计人员的福音：摆脱电容的束缚　　5. 有疑问不妨在“ROHM官方技术论坛”上讨论一下?　　6. “真的不会振荡吗?”致心存疑虑的你　　7. 设计，因思维而大不同　　8. 产品介绍、详细信息、其他链接等　　1.这种LDO设计，真的有那么好吗?　　LDO是一种可在输入输出电位差较小状态下工作的线性稳压器，而“NanoCap™”则是一项通过内部电路控制其相位裕度的创新技术。　　“担心发生振荡，姑且先装上偏大容量的电容器吧。”　　在LDO设计中，您是否有过这样的“保险”经历?　　为了使输出稳定，需要配置数µF〜数十µF的电容，为保险起见会选择更高一级的容量。若启动时出现异常行为，再进一步追加容量——这种方法本身并无不妥，多数电路借此便能稳定运行。　　然而，这种稳定性也需要付出一些代价。　　那就是电路板面积被挤压，元器件数量也不断增加，随之而来的是成本的持续攀升。　　即便如此，振荡的风险也不能完全消除。　　如今，在车载、工业设备及消费电子等众多领域的高密度安装趋势中，LDO的应用场景也在不断扩大。“因为担心发生振荡，姑且先装上大容量电容器再说”这种传统认知，今后是否仍能称之为更优解呢?　　ROHM的NanoCap™技术，正是源于对这种“传统认知”的质疑而诞生的创新成果。　　如果有一种LDO，即使采用容值非常小的电容器也能稳定运行，而且同时具备高速响应特性会怎么样呢?有了这样的产品，还要继续沿用传统做法采用大容量电容器吗?　　2.ROHM的设计理念：为何470“nF”的电容也不会振荡?　　LDO的输出电容器主要有两个作用。　　一个是通过相位补偿实现稳定，另一个是在负载波动时提供电荷。　　传统LDO将电容容量(及ESR)作为稳定性的核心考量要素。因此，降低容量会导致相位裕度不足，从而使电压波动增大，严重时甚至会引起振荡。　　ROHM的NanoCap™ LDO设计理念，恰恰与之相反——　　并不依赖电容，而是专注于在“控制电路层面”实现稳定性。　　该技术并非依赖外部电容来获取相位裕度，而是通过优化LDO内部的补偿电路，实现了即使使用仅纳法(nF)级的小容量电容器，也能确保充分相位裕度的设计。　　然而，若减少容量，在负载骤变时可供给的电荷量便会减少，从而导致电压大幅下降。　　对此，ROHM在NanoCap™ LDO中融入了高速响应技术“QuiCur™”。这样，可以将频率特性发挥到更优，即使容量很小也能瞬时响应负载波动，从而成功维持了实用的电压精度。　　※“QuiCur™”是ROHM Co., Ltd.的商标或注册商标。　　3.NanoCap™ LDO有何独特之处?　　NanoCap™ LDO与传统LDO的本质区别在于“更小电容”这一前提。　　常规LDO通常以2.2µF至10µF左右的容值规格为前提进行评估和设计，而NanoCap™ LDO仅需470nF(0.47μF)的输出电容即可。也就是说，即使将输出电容降至传统产品的1/5到1/20，在数百mA级的负载波动状态下，仍可将电压波动控制在数十mV至100mV范围内，实现了与传统产品同等的性能。　　具体在哪些应用场景中采用NanoCap™ LDO，更能充分发挥其优势性能呢?　　例如，车载摄像头模块、ADAS传感器等空间非常有限的车载应用，以及需要超小型封装的IoT设备和可穿戴设备等应用，都非常适合采用该产品。　　如果应用于工业传感器网络，将有助于降低配置多个LDO时电路板的BOM成本，并减轻元器件管理负担。　　ROHM针对车载设备、工业设备、通信基础设施等领域所使用的12V/24V级一次电源应用，已经开发出输出电流500mA的LDO稳压器IC“BD9xxN5系列”(共18款产品)，并已投入实际应用。　　本产品为输出电流150mA的“BD9xxN1系列”的电流扩展型号。其输出电流提高至500mA，是以往型号的3倍以上，适用于需要更大电流的应用，应用范围更广。　　(产品详情：单通道输出 低饱和稳压器 (LDO) - 产品搜索结果 | 罗姆半导体集团- ROHM Semiconductor)　　4.设计人员的福音：摆脱电容的束缚　　不仅仅是容量减小，这个差异将给实际设计带来四大显著变化。　　1. 减少电路板安装面积　　若选用470nF(0.47μF)级的电容器，在0603尺寸中进行贴装也具备可行性。　　越是大量使用LDO的电路板，这种空间节省对整体尺寸的影响就越大。　　另外，即使常规的10μF级别LDO在市场上出现紧缺，只要拥有了470nF(0.47μF)这一选项，就能确保在不更改设计的前提下灵活应对。　　2. BOM的精简优化　　无需“为了以防万一而增加并联”。　　由于可直接在建议条件下完成设计，因此能将元器件数量控制在更低限度。　　另外，减少元器件数量有助于降低采购管理成本，从而有望带来经营层面的效益。　　3. 提升布局灵活性　　电容器的布局限制得以放宽，因此可以将资源分配给更需要优先考虑的布局事项，如热设计、噪声对策和更短布线等。另外，取消大电容器可以扩大电路板的铜箔走线面积，从而有望提升LDO自身的散热效率。　　4. 加快设计决策　　摆脱“为应对振荡而疲于调试”的困扰。　　考量的维度得以简化，从而加快试制与评估的循环。　　5.有疑问不妨在“ROHM官方技术论坛”上讨论一下?　　“曾因启动时的振荡而耗时数日苦苦排查原因”　　“应对负载波动的对策，最终演变成电容器的数量战”　　对于许多拥有此类经历的工程师而言，NanoCap™ LDO作为“增加容量之外的解决方案”，必将成为设计过程中的一大利器。　　不过，即便是这样的NanoCap™ LDO也并非是万能的。　　这是一款与传统电容器的设计理念截然不同的产品，因此大家难免会有诸多顾虑，例如“在自己的设计环境中效果如何?”“采用时有哪些注意事项?”等。　　为此，ROHM在免费的官方技术论坛“ROHM官方技术论坛”上，与各位工程师共享电源设计中的实际困扰与见解，跨越行业、业务领域及企业的壁垒，并推进各项举措以解决工程师所面临的难题。　　“您的电路板上，电容器所占面积的百分比大约是多少?”“是否出现过470nF(0.47μF)电容器实际上不够用的情况?”诸如此类仅靠企业内部难以收集到的与小型化相关的信息，以及实际试用过“NanoCap™”的工程师的反馈与建议，乃至其他各种问题和疑惑，ROHM工程师也会一起参与其中展开讨论。　　例如，不妨试着浏览一下ROHM官方技术论坛中的社区小组“DCDC转换器的PCB Layout指南(仅限会员)”。从电源设计的基本理念到基于具体产品的疑问，以及ROHM技术人员对此的解答和各位工程师的真知灼见，您一定能找到有助于提升技术开发能力和解决疑难问题的信息。　　欢迎随时浏览，更期待您加入小组，分享您的经验和见解。　　小组：DCDC转换器的PCB Layout设计指南　　6.“真的不会产生振荡吗?”致心存疑虑的你　　“道理明白了，但还是想在实机设备上验证一下。”作为工程师，这么想是理所当然的。　　NanoCap™的详细特性数据和评估波形，已在ROHM官网上公开。　　另外，对于“希望在实机运行前先进行测试”的工程师，推荐使用ROHM Solution Simulator，该工具可在浏览器上对NanoCap™ LDO的瞬态响应和稳定性进行仿真。同时ROHM还提供SPICE模型，有助于降低客户的试制成本，并使元器件用量的优化调整过程更加顺畅。　　针对车载设备、工业设备和通信基础设施等领域所使用的12V/24V级一次电源应用，输出电流500mA的LDO稳压器IC“BD9xxN5系列”(共18款产品)正获得越来越多工程师的青睐，该系列是输出电流150mA的“BD9xxN1系列”的电流扩展型号。　　该产品的输出电流提高至500mA，是以往型号的3倍以上，非常适用于需要更大电流的应用。详情请点击以下链接：　　单通道输出 低饱和稳压器 (LDO) - 产品搜索结果 | 罗姆半导体集团 - ROHM Semiconductor　　7.设计，因思维而大不同　　电源的不稳定性是从根本上动摇整个系统可靠性的重大课题。　　是依靠“堆叠电容器”来实现稳定，还是通过“控制”来创造稳定，拥有更多的选择，理应成为设计人员的优势。　　不妨在您的下一次设计中，尝试加入“NanoCap™”这个新选项吧?
2026-08-12 13:54 阅读量：343
报名有礼！8月27日罗姆邀您线上逛展
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　　全球知名半导体制造商罗姆(总部位于日本京都市)宣布将于8月26日～28日参展深圳国际电力元件、可再生能源管理展览会暨研讨会(简称PCIM Asia Shenzhen)。作为电力电子领域技术创新与发展的专业平台，该展会聚焦工业、智能运动及电动汽车等核心应用场景，集中展示前沿解决方案。　　展会期间，罗姆将同步举办展位直播，为未能到场的朋友们带来方便的看展通道。资深工程师将为您详细讲解参展产品，更有精美礼品等您领取。扫描下方二维码报名直播，干货礼品享不停!　　直播时间：2026年8月27日 10:00　　展位概览　　AI服务器展区　　针对市场快速增长的AI服务器和数据中心领域，将展出以搭载EcoGaN™电源解决方案为首、适合新一代HVDC电源架构的功率器件。此外，还将介绍面向热插拔控制器的Wide-SOA MOSFET以及MPC/SPS解决方案等各类产品。　　车载展区　　除用于xEV驱动逆变器和OBC等的SiC器件、IGBT及功率MOSFET外，还将演示搭载罗姆PMIC的车载SoC。同时，还将介绍面向ADAS和驾驶舱等车载应用的产品，助力整车系统实现小型化和高效化。　　工业设备展区　　将展出采用DOT-247-7L封装的小型SiC模块、采用TOLL封装及顶面散热封装的SiC MOSFET，以及搭载EcoGaN™ Power Stage IC的电源解决方案。此外，还将展出隔离式开关驱动器和分流电阻器等产品，助力太阳能光伏逆变器、ESS(能源存储系统)等工业设备的创新，并推动能源设备的节能。　　应用案例展区　　将通过客户应用案例和合作项目，展示功率模块、分立器件及电源解决方案的应用实例。同时，将介绍罗姆产品在电动空调压缩机、主动悬架、主驱动逆变器、工业用振动传感器、商用空调、650V GaN电源等广泛领域的应用。　　EcoGaN™是ROHM Co., Ltd.的商标或注册商标。　　更多信息请访问 www.rohm.com.cn/pcim　　注意事项　　1. 请注意，想获得以上好礼都需要关注“罗姆半导体集团”微信公众号(微信号：rohmsemi)。　　2. 每位用户仅可领取一种奖品，报名信息须真实有效。　　3. 活动最终解释权归罗姆半导体集团所有。
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罗姆即将亮相2026深圳国际电力元件、可再生能源管理展览会暨研讨会
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交期拉长、涨价在即，熊本地震再添变数！AMEYA360开启罗姆“预购锁定产能”专项通道
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　　据新华社消息，当地时间7月28日16时27分(北京时间15时27分)许，日本熊本县发生7.1级地震，辖区内观测到最大震度7(日本震度分级最高等级)。日本气象厅对震中附近海域沿岸发布海啸预警，预计最大浪高可达1米。随后余震不断，日本气象厅警告未来2至3天内仍可能发生同等规模强震。　　这场地震，直接震在了全球半导体供应链的关键节点上。　　01熊本——“硅岛”心脏，半导体企业密集　　熊本县所在的九州地区素有日本“硅岛”之称，半导体产值占日本全国比重超过五成。从2021年到2024年6月，九州共有100个半导体相关投资项目，熊本一县独占52个。熊本已构建起覆盖晶圆制造、设备、材料及零部件的完整产业链。　　核心企业包括：台积电熊本合资厂(JASM，月产5.5万片12英寸晶圆，主打28至12纳米车规芯片)、索尼半导体制造SCK(全球图像传感器主要基地)、瑞萨电子(车规MCU)、三菱电机(车规IGBT及8英寸SiC功率器件)以及东京电子(全球第二大前道设备商)等。　　02强震突袭，核心工厂紧急停工　　地震发生后，多家半导体巨头紧急启动应急机制：　　台积电：熊本工厂因震度达“5强”触发疏散标准，员工疏散至室外，产线停工、复产时间未知;在建第二工厂部分暂停施工。　　瑞萨电子：熊本市川尻工厂和锦町锦工厂两处工厂已暂停生产，确认天花板面板掉落、漏水等损害。　　三菱电机：功率半导体基地——车规IGBT和8英寸SiC产线——正在评估重启生产所需校准时长。　　东京电子：熊本县内两家工厂7月29日全天停工，开展系统性安全与设备检测。　　索尼：CMOS传感器工厂紧急疏散，暂未爆出结构性损坏。　　此外，堀场制作所阿苏工厂停止运转，凸版控股暂停封装工厂运营，物流方面九州新干线停运、熊本机场航班暂停——区域物流的短暂中断可能对半导体材料运输产生连锁反应。　　03交期本已拉长，地震雪上加霜　　实际上，在地震发生之前，全球半导体供应就已经持续趋紧。　　投资机构Susquehanna数据显示，6月全球半导体行业交货时间创下本轮周期以来最大单月增幅，环比增加5天至19.4周;行业定价6月出现“最大单月涨幅”，环比扩大5%。功率分立器件领域依然紧张，功率集成电路和MOSFET交期上涨超过10天。罗姆半导体(ROHM)、瑞萨电子等企业交期大幅增加。　　功率器件方面，罗姆半导体、英飞凌、安森美等自2026年3至4月已启动首轮调价，幅度在10%上下。薄膜电阻交期已拉长至26至32周。　　地震的突发，无疑是在本就紧绷的供需关系上又加了一把力。即便按行业测算检修周期为3至7天，但半导体设备对震动极度敏感，光刻机、涂胶显影设备等精密仪器在强震下极易触发自动安全联锁，即便设备未受物理损坏，纳米级的重新校准和洁净室复检也需要漫长周期。2016年熊本地震的经验是，供给缺口2到4周就会传导到整车端。　　04LED、IGBT、MOSFET——供应风险正在积聚　　综合来看，以下品类的供应风险正在快速上升：　　LED：熊本产业链中断叠加整体交期拉长，后续缺货风险显著;　　IGBT：三菱电机功率半导体基地停工评估，车规IGBT供给首当其冲;　　MOSFET：功率集成电路和MOSFET交期本已上涨超10天，地震冲击将进一步加剧供需矛盾。　　05罗姆半导体——功率器件领域的可靠之选　　在全球功率半导体供应持续趋紧的背景下，罗姆半导体(ROHM) 作为行业领军企业，值得客户重点关注和提前布局：　　产品布局全面，覆盖关键赛道。 罗姆不仅提供以Si、SiC为材料的功率元件，还将GaN元件投入量产。其“Power Eco Family”品牌概念涵盖EcoSiC™、EcoGaN™、EcoIGBT™、EcoMOS™四大产品群，全面覆盖IGBT、MOSFET、SiC功率器件等当前最紧缺的品类。罗姆是业内首家量产SiC功率元器件的公司，在SiC功率器件和模块开发方面处于领先地位。此外，罗姆在电阻业务方面绑定SiC/GaN功率器件协同配套，车规级AECQ200金属板合金电阻主攻BMS、主驱电控、ADAS等关键应用。　　产能持续扩张，保障长期供应。 罗姆在九州福冈县筑后工厂扩大SiC生产，计划引入8寸晶圆产线，并投资2892亿日元在宫崎市建设第二工厂，预计2029年产能将大幅超越现有基地。同时，罗姆加强GaN功率器件供应能力，融合台积电工艺技术在集团内部建立一体化生产体系。在熊本地区(大津町)，罗姆还拥有车规封装产线。这些扩产举措为客户的长期供应提供了坚实保障。　　交期压力之下，早下单就是早锁定。 当前罗姆等功率半导体大厂的高压MOSFET、IGBT、SiC与GaN等高阶功率元件，正迎来新一轮结构性供需失衡，部分产品交期已拉长至半年甚至一年以上。罗姆已启动首轮调价。在此背景下，提前下单罗姆产品，就是提前锁定产能、锁定价格、锁定交付。
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