2016年10月，ROHM（羅姆半導體）在Formula E（電動方程式錦標賽）的第三賽季與文圖里電動方程式車隊合作。ROHM為賽車的主逆變器提供SiC器件——實際上這一時期還是包含了基于Si的IGBT和SiC SBD的。而到了2017年12月第四賽季，ROHM就將其中的IGBT換成了SiC MOSFET。
其核心價值，用車隊成員Edoardo Mortara的話來說是：“我們期望更高速的馬達能擁有很高效的全局系統封裝。與此同時，我們也希望能減小體積。減小體積之后，我們就能把逆變器盡可能放到車內最低的位置。更低的位置這一點還是很重要的，這樣就能更快了。”
ROHM在PIMC Asia展示的應用于賽車的逆變器；左邊的舊版逆變器用的功率模塊為Si IGBT和Si FRD，200kW；右邊新版則采用全SiC功率模塊，220kW
我們前不久在上海舉辦的PIMC Asia展會上，在ROHM展位的顯眼位置看到了第二賽季老款逆變器和第四賽季采用ROHM全SiC功率模塊逆變器的尺寸對比。工作人員告訴我們，后者較前者重量減輕了6kg，體積縮小了43%。這也是ROHM在SiC功率元器件，以及汽車市場發力的驚鴻一瞥。
ROHM展位的SiC產品展示占了較大區塊，包括SiC MOSFET、SBD（肖特基二極管）和模塊三大產品群，甚至還有像是6寸SiC溝槽型MOSFET晶圓的展示。ROHM在展會上的動作其實特別能表明其業務重心及對SiC功率元器件的志在必得。
SiC優勢表現在哪兒？
SiC的價值已經被說得很多了，碳原子本身的電子數比硅要小，所以碳原子對外層電子束縛力更強，禁帶就比硅更寬。所以SiC形成的化學鍵更難被打破，電子從價帶躍遷至導帶的能量要求越大。這是寬禁帶材料相較硅基本身，更耐受高溫、高壓的原因；而且die可以做得更小，導通電阻更小，導通壓降就小，損耗發熱相對就少了；另外就是寄生電容也可以更小，開關損耗小，導通關斷快。應用于電力電子領域，可在系統中實現電力轉換控制。
SiC相比Si，有著三倍的熱導率、寬三倍的禁帶，至多低1000倍的導通電阻，兩倍開關速度，所以場景就更加適合高壓應用了，比如電源、太陽能逆變器、電動汽車領域等。SiC市場尤其在這兩年的發展是十分火熱的。
說得更具體些，文首提到的應用于賽車的新版逆變器支持不同的開關頻率，從16kHz-24kHz。可用最高輸出功率，SiC MOSFET還比舊版Si IGBT高出了20kW，但體積和重量都比Si IGBT小很多。所以功率密度達到了更高的22kW/L，比舊版IGBT解決方案高出57%。
這里的傳動系統運行在較高的扭矩范圍內時，模塊要求提供電流高于500Arms。在賽車加速階段，這個還是很重要的。上面這張圖展示了最高扭矩操作下兩版逆變器的效率曲線。在整個區間內，SiC MOSFET效率都更高。在50kW、100kW輸出功率點上，兩者的效率差異分別為5.0%和2.5%。
顯然新版逆變器具備了低損耗的特點，也就是給汽車輪子賦予了更大的動力。更低的損耗也表示在同樣的冷卻系統下，芯片溫度更低。具體到上述賽車內部，SiC MOSFET逆變器外的散熱系統可以因此讓體積縮減超過30%。這樣一來連鎖反應，如果保持相同的續航里程的話，那么電池的容量和體積又可以縮減了。
實際上，這也很容易表明SiC的這種特性致使功率轉換模塊對電容電感等被動元器件和散熱系統的要求大大降低，圍繞這一核心器件帶動的是整個系統的優化。這也是SiC的誘人之處。
劃重點：汽車與SiC
Yole去年11月份有關GaN與SiC功率元器件統計數據顯示，2017-2023年SiC功率元器件市場規模的復合年增長率為31%，到2023年超過15億美元。這個市場主要包含馬達驅動器、充電基礎設施、電動汽車、太陽能光伏、地鐵等。這里面充電基礎設施和電動汽車相關的市場營收CAGR分別可以達到101%和76%，所以市場還是相當巨大的。
數據來源：Yole Development
這份數據的統計周期比較靠前了，當時ROHM半導體在電力電子領域營收在全球范圍內也是能夠列入前10的。數據統計了包含Si-IGBT、SiC、GaN、SJ MOFET在內的項目。而從ROHM自己的財報數據和解析，也能看出一些端倪。
ROHM將自家業務組成切分成了IC、分立半導體器件、模塊（Modules）和其他。實際上我們很難從這個分類中單獨看出SiC在ROHM內部的發展情況。比如IC業務中的隔離式柵極驅動器IC（Isolated gate driver IC），就包含有SiC和IGBT；分立半導體器件也同樣包含SiC器件。
不過好在ROHM還就銷售額做了應用方面的細分，其中汽車（Automotive）應用現如今正是ROHM的營收支柱，截至今年3月的財報顯示，該應用在公司凈銷售額中占到了34.4%的量，相比去年還攀升了2.2個百分比。ROHM在汽車領域的應用主要包括了引擎控制單元、氣囊、汽車導航、汽車音頻、ADAS等。所以展示賽車中的全SiC功率模塊，很能說明這家公司現如今的核心思路：市場整體趨勢和ROHM的財報，都可以表現清晰的方向。
電動汽車領域的布局
我們再細看一眼這份財報，實際就各業務收益情況來看，ROHM的2019財年相比2018年是幾乎持平的，四大業務有進有退。而就2020預期，ROHM自己似乎還比較悲觀，除了Others部分之外，其他都預期會出現下滑。在財報分析中，ROHM認為，2019年上半年的情況是非常好的，但下半年則受到了中美貿易戰、英國脫歐等因素的影響。另外就是中國汽車行業銷售出現滑坡——這在行業內也是個共識了——對ROHM也有影響；還包括了歐洲總體經濟情況出現衰退。
中美貿易戰對工業設備市場、家電消費產品市場實質都產生了沖擊，另外智能手機市場已經步入了成熟期。但唯獨在全球范圍內“汽車電子市場全年穩定發展”，“由于消費產品與智能手機市場的銷售下降，以及汽車與工業設備市場的增長，這一年的凈銷售額相比去年同期提升0.5%。”另外，“在這樣的環境下，ROHM集團會持續實施加強汽車電子、工業設備市場產品線的策略，兩者預計都會在中長期持續上揚，海外市場尤其將出現銷售激增。”
在業務細分的IC和Others（包括電阻器、鉭電容等）中，汽車應用相關的銷售情況都是強勁的。所以很容易理解ROHM現在的方向在哪兒。PIMC Aisa展位上，我們看到有個小冊子叫《面向電動汽車的羅姆元器件》，可以很好地解讀ROHM現如今在電動汽車的應用著力點。
1700V/250A高耐壓全SiC功率模塊，這個模塊的最大優勢是低導通電阻，應用包括了高電壓脈沖電源、直流電網、變頻器等。
搭載SiC溝槽型MOSFET的5kW絕緣雙方向DC/DC轉換器
· 其一是前面就提到的主逆變器，這部分是將電池的直流電轉換為三相交流電來驅動電機的組件。SiC MOSFET和SiC SBD是重要發展方向，對于低導通電阻化是有優勢的；
· 其二是車載充電樁（OBC）的AC/DC轉換器，將交流電壓100-240V轉換為直流電壓，對高電壓電池充電。這是SiC一個非常典型的應用場景，因為電動車充電要求時間短，快速充電標準的電壓是趨于變高的。
· 其三，DC/DC轉換器，通過控制功率元器件，高壓電池電壓經變壓器轉換為直流低電壓。SiC MOSFET可以實現高速開關工作，提高安全性的同時實現小型化和高性能。
· 還有電動壓縮機，車內的空調壓縮機由電力驅動，控制旋轉的逆變器的高耐壓、高可靠性、高效率特性就很重要了，不過這部分ROHM尚側重在IGBT。
對電動汽車而言，提高續航里程、縮短充電時間，更輕量化、高性能、耐受更嚴苛的環境，以及本身系統電壓平臺高壓化的趨勢（歐洲已經提出過800V的電壓平臺），都是選擇SiC的原因。
我們在這次展會上還看到了一款1700V/250A的全SiC功率模塊，工作人員說模塊的高電壓已經超過了混合電力汽車的需求，對于戶外發電系統和工業高功率供給的逆變和變頻應用還是相當適用的。
推進與時間
ROHM在SiC MOSFET方面的開發動作是從2002年開始的，樣品發貨是在2005年，300A MOSFET試產于2007年，2008年發布溝道結構（2015年量產）。2009年是個節點，這年7月ROHM收購德國SiCrystal公司，從這個時候開始就確立了ROHM作為SiC IDM的生產體制。“我們從SiC晶圓、原材料，到后面的封裝都是自己公司完成的，這個在世界上都是屈指可數的生產體質。工業設備、汽車領域都需要長期穩定的供貨，我們ROHM是可以做到的。”
ROHM工廠制造的6寸SiC溝槽型MOSFET晶圓，4寸到6寸晶圓生產的轉變期應該還在持續
ROHM從2010年開始量產SiC SBD和MOSFET產品，2012年量產完整的SiC功率模塊。目前ROHM的SiC產品包括了SBD、MOSFET、功率模塊（將半導體芯片融合到一個單獨的模塊中）。這樣看來，ROHM在SiC方面的布局并非一朝一夕，而是“蓄謀已久”的。
這兩年有關ROHM擴充SiC產能、進駐新市場的新聞還是不少的，比如去年宣布計劃在日本筑后的Apollo工廠打造新的11000平米三層建筑——這個計劃應該預計在2020年末完工。去年9月，ROHM宣布針對印度電動汽車市場推解決方案，滿足針對電動汽車和混合電動車的增長需求，其中一個核心就是SiC功率元器件。今年三月，ROHM宣布推出新的汽車級SiC MOSFET系列AEC-Q101（擊穿電壓650V/1200V）……
今年早前ROHM電源系統相關負責人Aly Mashaly提到，預計2025年ROHM要拿下30%的市場份額，令其成為這一市場的頭號玩家。目前SiC需要解決的問題應該仍然是成本，預計成本方面的削減需要隨電動汽車行業的進一步發展，這可能是未來2-3年的行情。回看公司2020財年財務成績預期下滑也就不奇怪了，進一步的成本投入，應該是ROHM近一兩年的規劃。