Новый завод Rohm Fab увеличит объем производства SiC-компонентов

Компания Rohm недавно объявила о завершении строительства нового завода в рамках производственного комплекса Rohm Apollo в Чикуго (Япония). Строительство началось в феврале 2019 г. с целью увеличения производственных мощностей по выпуску силовых устройств на основе карбида кремния (SiC). Новый завод использует автоматизацию производства и возобновляемые энергосберегающие технологии для обеспечения 100% экологичности производства.

Джей Баррус, президент, и Минг Су, менеджер по техническому маркетингу, оба из Rohm Semiconductor USA, рассказали о том, как развивается технология SiC в электромобилях (EV) и промышленном оборудовании, и как Rohm продолжает инвестировать в эту область. Баррус и Су заявили, что Rohm работает над повышением эффективности производства за счет увеличения диаметра пластин и использования новейшего оборудования для снижения воздействия производства на окружающую среду.

"С общепринятой точки зрения, для того, чтобы быть надежным производителем, необходимо учитывать три фактора: технологичность, стоимость и доступность поставок", - сказал Баррус. Последнее не является проблемой на данный момент, но может доставить трудностей в будущем". И мы недавно объявили о том, что завод "Apollo" запущен в эксплуатацию, и ожидаем в будущем хороших результатов в производстве".

Более того, компания SiCrystal GmbH, входящая в группу компаний Rohm и производящая пластины SiC, начнет производство используя 100% возобновляемую энергию, снижая до нуля выбросы CO2 при потреблении энергии на заводе. "Все основные процессы производства SiC-пластин будут использовать возобновляемую энергию", - сказал Баррус.

На заводе "Apollo" производятся SiC-решения с использованием передовых технологий. Важность автоматизации связана с технологией Industry 4.0 в производственном цикле SiC, где эффективное изготовление пластин определяет успех всех конечных устройств. "Есть две основные особенности нашего нового предприятия", - сказал Баррус. "Первая - это то, что находясь в регионе, мы должны быть готовы к землетрясениям. Япония в целом всегда была очень чувствительна к этому, и этот завод в данном случае очень хорошо спроектирован не только с точки зрения эффективности производства, но и, что более важно, с точки зрения безопасности людей. Другая интересная вещь - это снабжение зданий электроэнергией за счет возобновляемых ресурсов, что показывает, что мы являемся экологически ответственной компанией, и что мы управляем объектами таким образом, чтобы иметь очень низкий углеродный след".

"С точки зрения применения, мы сильно продвинулись на автомобильном и промышленном рынках", - добавил он. "С точки зрения автомобильного рынкам нашими основными направлением являются тяговые инверторы и бортовые зарядные устройства".

В последних имеется мостовой выпрямитель для преобразования входного переменного напряжения в постоянный, но в процессе выпрямления возникает высокая проводимость, а также проблемы с коммутационными потерями и нагревом при преобразовании мощности.

Для модулей SiC руководство группы предприятий Rohm отмечает, что выбор материала является важным фактором для обеспечения наилучших тепловых характеристик. "Традиционно в силовых модулях использовался ПВХ на основе керамики из оксида алюминия", - говорит Мин Су. Он добавил: "Но теперь люди хотят использовать более дорогой керамический материал, обладающий более высокой теплопроводностью, например, нитрид кремния, поэтому мы можем быть уверены, что чип соответствующего размера сможет выдержать максимально возможный ток без воздействия на элементы и различные индукторы, ограничивающие скорость переключения".

"В четвертом поколении МОП-транзисторов используется двухтранзисторная структура на более тонкой матрице SiC - сказал Баррус. "Для высокомощных систем, увеличенная плотность тока на уровне кристалла MOSFET будет сочетаться с пайкой и плавлением серебра с обеих сторон матрицы SiC для достижения повышенной надежности при работе в режиме энергосбережения и улучшенных тепловых характеристик при использовании гибких модульных корпусов".

Тяговый инвертор IGBT все еще активно используется в автомобильной отрасли, особенно для более традиционных гибридных автомобилей. SiC будет дороже IGBT, но он, безусловно, может повысить общую эффективность по сравнению с IGBT. "Мы оптимизируем эффективность производства SiC, используя 6-дюймовые пластины", - сказал Су. "И мы уже готовы к дальнейшей модернизации до 8-дюймовых пластин, что повысит производительность и снизит стоимость одной единицы".

SiC в силовых МОП-транзисторах имеет ряд преимуществ в сравнении с кремниевым аналогом, так как он показывает более высокую проводимость, более высокую скорость переключения и меньшую потерю мощности. Он также работает при более высокой температуре и более высоком напряжении. Обладая такими преимуществами, он повышает эффективность и плотность мощности силового МОП-транзистора.

Schottky SiC-диоды обеспечивают более высокую производительность переключения, более высокую мощность и более низкую стоимость системы по сравнению с кремниевыми аналогами. Эти диоды обеспечивают минимальное обратное восстановление, низкое падение напряжения, возможность работы при импульсном токе, высокие номинальные значения напряжения и положительный температурный коэффициент.

С другой стороны, сложность для диодов SiC заключается в том, чтобы дифференцировать их производительность, а также предлагать очень хорошую цену. Rohm предлагает 1200-В и 650-В решения. Последние продукты барьерных диодов Schottky включают структуру JBS, которая встраивает p-n-переходы внутри чипа, что позволяет подавлять внештатный ток утечки, а также увеличивает возможность работы с импульсным током. "Это изделие в настоящее время доступно в 650 В варианте в качестве наших карбидных кремниевых диодов Gen 3, и в скором времени мы также представим 1200 В исполнение", - сказал Мин Су (Ming Su).

С другой стороны, сложность для SiC диодов заключается в их расширении линейки и производительности, а по этим позициям сложно предлагать очень хорошую цену. На данный момент Rohm предлагает 1200-В и 650-В решения.

В полупроводниковой индустрии алмаз является еще одним материалом, обладающим множеством превосходных свойств, в том числе непревзойденной теплопроводностью, высокой подвижностью носителей заряда и высокой пробивной способностью электрического поля. Физика алмаза обладает огромным потенциалом для мощной электронной техники с применением в транспортном и энергетическом секторах. В настоящее время ведутся исследования в этой области.