兩大巨頭聯手，全因看好功率器件未來前景

據外媒報道，在羅姆近日召開的財務業績發布會上，公司總裁Isao Matsumoto（松本功）宣布，將于今年6月開始與東芝在半導體業務方面進行業務談判，預計談判將持續一年左右。

兩家公司旨在加強旗下半導體業務全方面合作，涵蓋技術開發、生產、銷售、采購和物流等領域。

松本功表示：“東芝和我們的半導體業務在包括產品組合在內的各個方面都非常平衡且高度兼容，我們希望就如何創造這種協同效應提出建議。”雙方設想通過批量采購通用設備和零部件、相互銷售內部設備以及相互外包產品銷售來降低成本。


東芝與羅姆聯手開發碳化硅功率器件

據了解，2023年12月，東芝從東京證券交易所退市，日本產業合作伙伴公司（JIP）等企業財團將其收購。這一過程中，羅姆出資3000億日元（折合人民幣約139億元），成為了最大的投資者，為后續雙方合作埋下了伏筆。

同月，羅姆和東芝宣布將合作生產碳化硅（SiC）和硅（Si）功率半導體器件，這一計劃還得到了日本政府的支持。

該計劃旨在讓羅姆和東芝分別對SiC功率半導體和Si功率半導體進行重點投資，依據對方生產力優勢進行互補，有效提高供應能力。項目總投資為3883億日元（折合人民幣約180億元），其中政府將支持1294億日元（折合人民幣約60億元），占比高達三分之一。羅姆旗下位于宮崎縣的工廠將負責生產SiC功率器件和SiC晶圓，而東芝旗下位于石川縣的工廠將以生產Si芯片為主。

此外，羅姆計劃在2027財年之前，對SiC業務整體投資5100億日元（折合人民幣約237億元）。到2027財年，羅姆預計SiC功率器件的銷售額將增長到2700億日元（折合人民幣約125億元），是2022財年的9倍。由東芝負責傳統的Si半導體業務將使羅姆公司能夠把投資重點放在更尖端的SiC產品上。


高壓平臺提升零件技術要求，碳化硅功率器件脫穎而出

高壓平臺帶來高難度要求，重要零件需隨之升級。

高壓平臺將給整車零部件系統帶來多種高難度要求， 例如更高絕緣工作電壓等級的承受能力、 更低水平的導通損耗等等。因此， 電驅系統、 車載電源等作為零件系統中的重要部分， 需要相應升級以滿足上述要求；而功率器件作為重要組成部分， 對于電驅系統、 車載電源等部件的升級具有重要影響。

硅基IGBT性能接近極限， 碳化硅功率器件有望形成替代。

目前， 大多數功率模塊采用硅基IGBT技術。但硅基IGBT的功率密度正接近極限， 同時隨著整車平臺電壓的提高， 硅基IGBT的開關損耗將會加大。在此背景下， 碳化硅（SiC） 功率器件的應用逐步擴大。相較硅基IGBT， 碳化硅器件具備多方面優勢， 尤其在電控逆變器、OBC和DC-DC轉換器等應用中優勢明顯。

碳化硅較硅具備性能優勢，有效滿足高壓平臺零件需求。

作為第三代半導體材料的代表， SiC 具有大禁帶寬度、高擊穿電場強度、高飽和漂移速度和高熱導率等優良特 性。SiC 的禁帶寬度（ 2.3-3.3eV）約是 Si 的 3 倍，擊穿電場強度（ 0.8 × 106/-3 × 106/） 約是 Si 的 10 倍，熱導率（ 490W/(m·K)）約是 Si 的 3.2 倍，可以滿足高溫、高功率、高壓、高頻等多種應用場景。

與硅基半導體材料相比，以碳化硅為代表的第三代半導體材料具有高擊穿電場、高飽和電子漂移速度、高熱導率、高抗輻射能力等特點，適合于制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件。

Si 材料中越是高耐壓器件，單位面積的導通電阻也越大（以耐壓值的約 2~2.5 次方的比例增加），因此 600V 以上的電壓中主要采用 IGBT。IGBT 通過電導率調制，向漂移層內注入作為少數載流子的空穴，因此導通電阻比MOSFET 還要小，但是同時由于少數載流子的積聚，在 Turn-off 時會產生尾電流，從而造成極大的開關損耗。

SiC 器件漂移層的阻抗比 Si 器件低，不需要進行電導率調制就能夠以 MOSFET 實現高耐壓和低阻抗，而且MOSFET 原理上不產生尾電流，所以用 SiC-MOSFET 替代 IGBT 時，能夠明顯地減少開關損耗，并且實現散熱部件的小型化。另外， SiC-MOSFET 能夠在 IGBT 不能工作的高頻條件下驅動，從而也可以實現無源器件的小型化。與 600V~900V 的 Si-MOSFET 相比， SiC-MOSFET 的優勢在于芯片面積小（可實現小型封裝），而且體二極管的恢復損耗非常小，主要應用于工業機器電源、高效率功率調節器的逆變器或轉換器中。

以 80kW EV 為例， ST 測算了 SiC MOSFET 與 Si IGBT+二極管方案下的牽引逆變器功率損耗。歸因于 SiC 更優的 FOM 參數性能， SiC MOSFET 在更高的結溫情況下損耗減少更多， 合計導通損耗后相比硅基方案減耗 40%。


功率器件前景提升

隨著新能源汽車的發展，對功率器件需求量日益增加，成為功率半導體器件新的增長點。碳化硅器件在新能源汽車產業中主要應用在電機控制器（電驅）、車載充電機OBC、DC/DC變換器以及充電樁，碳化硅器件相比硅基器件有更優越的物理性能，體積小，性能優越，節能性強，同時緩解了續航問題，更適應新能源汽車增加續航里程、縮短充電時長、提高電池容量、降低車身自重的需求。近年來，我國新能源汽車市場快速發展。2024年1-3月，新能源汽車產銷分別完成211.5萬輛和209萬輛，同比分別增長28.2%和31.8%，市場占有率達到31.1%。

在光伏發電應用中，基于硅基器件的傳統逆變器成本約占系統10%左右，卻是系統能量損耗的主要來源之一。使用碳化硅 MOSFET 或碳化硅 MOSFET 與碳化硅 SBD 結合的功率模塊的光伏逆變器，轉換效率可從 96%提升至 99%以上，能量損耗降低 50%以上，設備循環壽命提升 50 倍，從而能夠縮小系統體積、增加功率密度、延長器件使用壽命、降低生產成本。高效、高功率密度、高可靠和低成本是光伏逆變器的未來發展趨勢。

與硅基半導體材料相比，以碳化硅為代表的第三代半導體材料具有高擊穿電場、高飽和電子漂移速度、高熱導率、高抗輻射能力等特點，適合于制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件。中商產業研究院發布的《2024-2029全球及中國SiC和GaN功率器件市場洞察報告》顯示，2023年全球SiC功率半導體市場規模為21.2億美元，受益于新能源汽車及光伏領域需求量的高速增長，預計2024年全球SiC功率半導體市場規模預計將達26.6億美元。