世界首家!"全SiC"功率模块开始量产
开关损耗降低85%,大幅减少了工业设备等的功率损耗

2012-03-22

产品照片

<概要>

日本知名半导体制造商罗姆株式会社(总部:日本京都市)推出的"全SiC"功率模块(额定1200V/100A)开始投入量产。该产品的内置功率半导体元件全部采用SiC(Silicon Carbide:碳化硅)构成。 此产品安装在工业设备和太阳能电池等中负责电力转换的变频器、转换器上,与普通的Si(硅)材质的IGBT模块相比,具备以下优势,有效解决世界能源和资源等地球环境问题。
●开关损耗降低85%
●与传统的400A级别的Si-IGBT模块相替换时,体积减小约50%
●损耗低,因此发热少,可减小冷却装置体积,从而可实现设备整体的小型化
本产品计划在罗姆总部工厂(京都市)从3月份下旬开始量产、出货。

<背景>

近年来,在工业设备和太阳能电池、电动汽车、铁路等电力电子技术领域,与Si元件相比,电力转换时损耗少、材料性能卓越的SiC元件/模块的实际应用备受期待。 根据估算,将传统的Si半导体全部替换为SiC后的节能效果,仅在日本国内就相当于4座核电站的发电量※2,因此,各公司都已强化了相关研究开发。在这种背景下,罗姆于2010年在世界上率先成功实现了SiC-SBD和SiC-MOSFET两种SiC元件的量产,在行业中遥遥领先。 与此同时,关于"全SiC"模块,即所内置的功率元件全部将Si替换为SiC,多年来,虽然全世界的制造商多方试制,但在可靠性上存在诸多课题,一直无法实现量产。

有效实现马达控制和电力转换的高效化 SiC模块的量产带来显著的节能效果

※1:根据罗姆的调查(截止2012年3月22日)
※2:根据日本工程振兴协会(ENAA)的调查:截止2020年日本国内主要领域都导入了SiC功率元件的情况下
   (按1座100万kW级的核电站=8.8TWh/年估算)

<新产品详情>

此次,通过罗姆开发出的独创的缺陷控制技术和筛选法,使可靠性得以确保。另外,针对SiC制备过程中特有的1700ºC高温工序,为了防止其发生特性劣化,罗姆开发了控制技术,于世界首家确立了"全SiC"功率模块的量产体制。 内置最先进的SiC-SBD和SiC-MOSFET两种元件,与传统的Si-IGBT模块相比,可以将电力转换时的损耗降低85%。另外,与IGBT模块相比,在10倍于其的频率---100kHz以上的高频环境下工作成为可能。该产品的额定电流为100A,通过高速开关和低损耗化,可以与额定电流为200~400A的Si-IGBT模块进行替换。 不仅如此,通过设计和工艺的改善,罗姆还成功开发出散热性卓越的模块。替换传统的400A级别的Si-IGBT模块时,体积可减小约50%。由于损耗低,因此发热少,可减小外置的冷却装置体积,从而非常有助于设备整体的小型化。

罗姆将以SiC为首的功率元件事业作为发展战略之一定位,今后,加强实现更高耐压、更大电流的SiC元件/模块的产品阵容的同时,不断推进完善SiC 沟槽式MOSFET和SiC -IPM(智能电源模块)等SiC相关产品的阵容与量产化。

<特長>

1) 开关损耗降低85%
内置了最先进的SiC-SBD与SiC-MOSFET的 "全SiC"模块,与传统的Si-IGBT相比,开关 损耗可降低85%。
开关损耗降低85%

2) 实现小型、轻薄封装
通过设计和工艺改善,成功开发出散热性卓越的 模块。大大有助于设备的小型化需求。 实现小型、轻薄封装

<电路图>

电路图
 

<术语解说>

  1. IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor的简称)
    绝缘栅双极晶体管。给栅极安装了MOSFET的双极晶体管。
  2. MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor的简称)
    金属-氧化物-半导体场效应晶体管,是FET中最被普遍使用的结构。
    作为开关元件使用。
  3. SBD(肖特基势垒二极管Schottky Barrier Diode 的简称)
    使金属和半导体接触从而形成肖特基结,利用其可得到整流性(二极管特性)的二极管。
    具有"无少数载流子存储效应,高速性能卓越"的特点。
     
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