今天这部分的主题是SiC MOSFET功率模块。
背景介绍
此前文章都聚焦于芯片or器件层级，这篇文章以ROHM产品为例，介绍SiC功率模块，
介绍具体产品之前，先解释从材料到电路这一系列层级，这对看清产业链全貌至关重要。
对功率器件而言，上下游链条包括：材料→芯片or器件→电路，前后三级，
模块在哪里？
在二三级之间。
这链条代表着什么？
答：功率器件领域，技术的递归性（Recursion），
所有技术都具备某种共同结构——递归性结构，
何为递归性结构？
即，技术包含技术，直至最底层的技术，所有技术都是由某种自相似组件构成。
这当然不是说一台发动机内部包含一些小的发动机，而是说——发动机的二级组件也是技术，构成二级组件的三级组件，也是技术，换言之，技术是由不同层级的技术，堆砌而成。
具体到芯片领域，从材料，到芯片or器件，再到电路，这便是三级结构，材料构成芯片or器件之主体，芯片or器件又成为电路之核心，
逐层递进。
从开头说起，所谓材料，指晶圆（wafer）材料，送到芯片制造商手中的材料，包括衬底和外延，
如上，1200V SiC MOSFET晶圆示意图，
若你轻轻夹起一片晶圆，抬到面前，你恐怕很难直观理解衬底和外延，因为眼前之物太薄，薄到似乎一触即碎，然而它的确分为两层，底层较厚的衬底，表层较薄的外延，两者厚度相差十余倍。
拿到材料后，开始投片，经过光刻、干法、高温等一系列工艺，一片晶圆上诞生千百颗芯片，一般将此时的芯片，称为“裸芯片”，顾名思义，裸露未经封装的芯片。
而所谓的“器件”，指将这些“裸芯片”送至封装厂家，用某些材料将“裸芯片”包裹，使其与外界环境隔绝，即成“器件”。
“器件”长这般模样，
“裸芯片”隐于黑色外壳之中，只有几条银色的电极腿，彰显它与外界的联系。
这几条腿，业界称之为管脚，次序分明，各自与芯片的不同电极相连。
“芯片”or“器件”，本质上处于同一层级，区别只是有无外壳而已。
上述链条中，最后一级是电路，那么模块在哪里？
答：所谓模块，既不纯粹与器件一个层级，也不完全与电路一个层级，
它是一个实现电路功能、高度集成的系统级器件，是标准化、预制化的电路单元，
换言之，模块，是“器件”与“电路”的中间层级，
为什么要在“器件”和“电路”之间，搞出这么一个中间层级？
若没有模块，直接将分立器件交给系统工程师，他需要处理从“器件”到“电路”的所有细节，包括但不限于器件选型、驱动设计、布局优化、散热管理、绝缘设计，
一旦设立模块这层级，将多颗芯片（MOSFET、SBD）、各种互连（键合线、基板）、驱动接口（信号端子）和散热结构（基板），集成在一绝缘封装内部，
对系统工程师而言，他拿到的是一个“即插即用”的功能单元，
他只需要关心，如何提供驱动信号、连接直流源和负载、安装散热器。
若将电路比作一个待建的房间，将芯片比作砖块，
模块，便是一块预制墙板，砖块、管线、瓷砖等部件，集成于一个功能单元，系统工程师可以直接使用，而不必考虑这面墙的诸多设计。
说到这，不禁想到集成电路，
由晶体管等有源元件，电阻电容等无源元件构成的集成电路，不也是这样一个定制化模块吗？
单片集成idea的精髓，正在于将一个复杂电路，浓缩到一块芯片，
在这idea出现之前，在人们心中，“芯片”，等同于“分立器件”，等同于“XX管”这种器件，
而在“集成电路”出现后，在人们心中，“芯片”成为一个包含“XX管”、“电阻”、“电容”、“电感”等不同类型元件的复杂系统，
这是一次观念的跃迁。
所以，功率模块是什么？
是集成思想在功率电子领域之延续，是通过封装技术实现系统集成之结晶。
一不小心展开这么多，赶紧回归主题。
大电流功率模块领域，此前普遍采用Si基IGBT模块，由Si IGBT + Si FRD组合而成（FRD作为续流二极管，为感性负载提供续流路径），
ROHM首次提出全SiC功率模块，即，SiC MOSFET + SiC SBD，无论开关器件和二极管都采用了更优的SiC材料，实现技术平台全面升级。
相比Si基IGBT模块，SiC模块有何优势？
1、关断损耗明显降低，因为IGBT的拖尾电流使IGBT模块的关断损耗较高，
2、开关损耗明显降低，FRD的反向恢复电流使GBT模块的开通损耗较高。
之所以有此两种优势，本质上是因为MOSFET、SBD属于单极型器件，前者没有拖尾电流，后者反向恢复电流极小。
基于以上优势，SiC功率模块具备以下效果：
1、通过减小开关损耗，改善电源效率并简化散热系统，
开关损耗是高频电源系统的主要损耗源之一，大幅减小开关损耗，意味着系统整体效率的提升，
且，损耗降低意味发热减少，因此原本需要大型散热器、强制风冷甚至水冷的设计，现在可能只需要一个小型散热器或自然冷却就能满足要求。
于是成本、体积和重量降低。
2、通过工作频率高频化，实现外围器件小型化，
SiC器件的低开关损耗特性，使其能够工作在远高于Si IGBT的频率，而不会导致过热或效率骤降，这一优势在系统层级引发了另外的效果。
磁性元件（如电感、变压器）的体积与工作频率成反比，频率越高，实现相同功能所需的电感值和变压器体积越小，
同样，滤波电容的容值也可随工作频率增高而减小，
因此，通过使用SiC模块，整个电源系统的被动器件（电感和电容器）可以实现小型化，从而让整个设备更紧凑轻便。
图片来源：网络
ROHM开发的三种SiC功率模块如上，C type、E type和G type，
从C→E→G，寄生电感Ls逐渐减小，额定电流逐渐增大，功率密度逐渐提升，
C type的尺寸最小，Ls为25nH，是传统功率模块典型值，但在高速开关的SiC模块应用中，高寄生电感会引发高浪涌电压，影响动态可靠性，
因此需要开发更低Ls的SiC模块，以实现更干净的开关波形。
E type和G type均明显降低了Ls，且G type通过改善热阻，使得相同尺寸下，模块过流能力翻倍（从300A到600A）。
小结：
1、对功率器件而言，上下游链条包括：材料→芯片or器件→电路，前后三级，
功率模块位于在二三级之间，是“器件”与“电路”的中间层级。
2、ROHM首次提出全SiC功率模块，即，SiC MOSFET + SiC SBD，
相比Si基IGBT模块，SiC功率模块可明显降低开通、关断损耗，从而改善电源效率并简化散热系统，实现外围器件小型化。
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