ROHM EcoSiC

SiC ist eine extrem harte, synthetisch hergestellte kristalline Verbindung aus Silizium und Kohlenstoff, die seit langem als Schleifmittel in Schleifscheiben, Schleifpapier und -tuch sowie in Industrieöfen und Raketentriebwerken eingesetzt wird.

ROHM engagiert sich für die Verwendung von Materialien mit breiter Bandlücke in Leistungsbauelementen, wie z. B. SiC-MOSFETs. Diese Bauelemente bieten im Vergleich zu herkömmlichen planaren Leistungs-MOSFETs einen wesentlich geringeren Serienwiderstand.

Leistungsstarke Geräte

Leistungshalbleiterbauelemente bilden das Herzstück von Leistungssystemen, und der Fortschritt in der Leistungselektronik hängt in hohem Maße von ihrer Leistung ab. SiC-Bauelemente bieten im Vergleich zu herkömmlichen Silizium-Leistungshalbleitern (Si, Bandlücke 1,1 eV) höhere Schaltfrequenzen bei geringeren Verlusten und ermöglichen so die Schaffung kompakterer und effizienterer Systeme.

ROHM hat vor kurzem seine 4. Generation von SiC-MOSFETs vorgestellt, die über eine doppelte Trench-Struktur verfügen, um parasitäre Kapazitäten zu reduzieren und den branchenweit niedrigsten spezifischen ON-Widerstand zu bieten.

Das Unternehmen hat mit diesen neuen Bauelementen auch einen geringen Leckstrom und eine geringe Temperaturabhängigkeit erreicht, so dass sie sich für Hochgeschwindigkeits-Schaltanwendungen wie Wechselrichter für Elektrofahrzeuge sowie für Schaltungen zur Leistungsfaktorkorrektur und Gleichrichterbrücken eignen - und damit schnellere Ladezeiten mit höherer Effizienz für Batteriepacks von Elektrofahrzeugen ermöglichen.

SiC-Schottky-Barrieredioden reduzieren die Anstiegsspannung im Vergleich zu herkömmlichen Silizium-FRDs um mehr als die Hälfte, während sie ähnliche Leckstrom- und Erholungseigenschaften beibehalten, was einen schnelleren Betrieb von Hochgeschwindigkeitsbauelementen wie MOSFETs ermöglicht. Darüber hinaus ermöglicht ihr geringerer Driftschichtwiderstand eine Konfiguration mit einer Spannungsfestigkeit von mehr als 600 V und kleineren passiven Komponenten, die wesentlich zu kleineren Stromversorgungssystemen mit geringeren Abmessungen, Gewicht und Energiekosten beitragen.

Energieeffiziente Leistungsmodule

Silizium ist seit langem das bevorzugte Material für Leistungshalbleiter, die in einer Reihe von elektronischen Schaltungen eingesetzt werden. Seit kurzem bietet Siliziumkarbid (SiC) jedoch eine attraktive Alternative mit einer breiteren Bandlücke, die im Vergleich zu herkömmlichen Siliziumchips geringere Widerstände, Schaltverluste und Leckströme ermöglicht.

ROHM hat SiC-Module in Spritzgussbauweise entwickelt, die sowohl die Größe als auch das Gewicht für kompaktere Wechselrichter und Stromversorgungen für Elektrofahrzeuge reduzieren. Ihre SiC-MOSFETs der 4. Generation weisen einen geringeren Durchlasswiderstand auf als herkömmliche Siliziummodule, während ihre innovative Trench-Struktur die Kurzschlussfestigkeit deutlich verbessert.

SiC-Leistungsmodule maximieren die Hochgeschwindigkeitsleistung durch eine Kombination aus MOSFETs und SBDs, die vollständig aus SiC-Material hergestellt sind. Sie bieten höhere Schaltfrequenzen als vergleichbare IGBTs auf Siliziumbasis und unterstützen breitere Eingangsspannungsbereiche für eine energieeffizientere Nutzung.

Siliciumcarbid (SiC) ist ein dichter, fester, schwarzer Kristall mit einer hexagonalen, dicht gepackten Struktur, der aus Kohlenstoff- und Siliciumatomen besteht, die bei Temperaturen über 1.700 Grad Celsius durch chemische Reaktionen zwischen Kohlenstoff- und Siliciumatomen miteinander verbunden werden, wobei zwei primäre Polymorphe entstehen: Alpha und Beta. Moistanit kommt in der Natur in bestimmten Meteoriten und Kimberlit vor, während Beta-Formen in Diamanten gefunden werden können, um Siliziumkarbidpulver herzustellen.

Marke EcoSiCTM

Bauelemente aus Siliziumkarbid (SiC) weisen im Vergleich zu Siliziumbauelementen höhere Schaltfrequenzen und geringere Verluste auf, wodurch energieeffizientere und kompaktere Systeme entstehen. Darüber hinaus sind SiC-Leistungshalbleiter kohlenstoffneutral und tragen zur Senkung des Energieverbrauchs in Elektrofahrzeugen und erneuerbaren Energiesystemen bei. ROHM hat seine Marke EcoSiC für Produkte eingeführt, die diese fortschrittliche Technologie enthalten.

Das Logo von EcoSiC zeigt sechseckige Kristallstrukturen, die Schaltkreismuster darstellen und Präzision und Innovation symbolisieren. Die Farbgebung wurde als Hommage an Venturis Formel-E-Rennwagen in Rot gewählt, den ROHM im Rahmen seines Kooperationsprojekts für Hochleistungs-Elektrofahrzeuge mitentwickelt hat.

Edward Acheson entdeckte SiC erstmals im Jahr 1891. Heute ist es ein industrielles keramisches Material, das als Schleifmittel, Stahlzusatz und Strukturbauteil verwendet wird - und auch einer der wichtigsten Rohstoffe für die Herstellung von Halbleiterbauelementen ist. Obwohl SiC in seinem ursprünglichen Zustand im Allgemeinen farblos bis schwarz ist, kann sein Farbton durch Dotierung mit Phosphor, Stickstoff oder Aluminium verändert werden.

ROHM SiC-Leistungsbauteile wurden in Antriebswechselrichtern des chinesischen Automobilherstellers Zhejiang Geely Holding Group (Geely) eingesetzt. ROHM produzierte und lieferte außerdem Leistungsmodule mit seinen SiC-MOSFET-Bare-Chips der 4. Generation für GEEKR-Antriebsstrangmodule und baute damit seine Produktionskapazitäten weiter aus, um die steigende Nachfrage nach diesen Produkten zu decken.

Zusammenarbeit mit SEMIKRON

Siliziumkarbid ist ein extrem hartes und steifes Material, dessen Härte mit der von Diamant konkurriert. Mit seinem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten und seiner hohen elektrischen Leitfähigkeit ist Siliciumcarbid ein ausgezeichnetes Material für Anwendungen, bei denen Komponenten über einen großen Temperaturbereich hinweg genau bleiben müssen, wie z. B. Teleskopspiegel. Darüber hinaus ist Siliciumcarbid aufgrund seiner Stabilität des Rahmens ein ausgezeichnetes Material für Hochgeschwindigkeits-Leistungshalbleitergeräte.

ROHM hat auf die rasche Expansion der Elektrofahrzeugindustrie mit einem 1200-V-RGA-IGBT mit verbesserter Leistung und Zuverlässigkeit reagiert, der dieses Manko behebt, indem er optimierte Produkte mit geringen Schaltverlusten und thermischen Eigenschaften anbietet, die die Leistungsdichte erhöhen und gleichzeitig mit bestehenden IGBT-Lösungen kompatibel bleiben.

SEMIKRON und ROHM Semiconductor haben gemeinsam die weltweit erste komplette EV-Wechselrichterlösung mit Siliziumkarbid (SiC) entwickelt. Ihr integriertes Leistungsmodul enthält einen ROHM SiC-MOSFET in einem SEMIKRON eMPackTM-Modul, das für Automobilanwendungen entwickelt wurde. Es ist mit der LabVIEW-Programmierumgebung von National Instruments gekoppelt und bietet Unterstützung bei der Auswahl vollständig qualifizierter, einsatzbereiter Leistungsbaugruppen, bei der Entwicklung von Regelalgorithmen, bei Hardware-In-Loop-Tests in Echtzeit (HIL), bei der Analyse der elektrischen Leistung und bei Kommunikationsprotokollen für das Stromnetz.