日益壯大的ROHM最新功率元器件產品陣容

　　前言

　　全球知名半導體制造商ROHM利用多年來在消費電子領域積累的技術優勢，正在積極推進面向工業設備領域的產品陣容擴充。在支撐“節能、創能、蓄能”技術的半導體功率元器件領域，ROHM實現了具有硅半導體無法得到的突破性特性的碳化硅半導體(SiC半導體)的量產。另外，在傳統的硅半導體功率元器件領域，實現了從分立式半導體到IC全覆蓋的融合了ROHM綜合實力的復合型產品群。下面介紹這些產品中的一部分。

　　已逐步滲透到生活中的SiC功率元器件

　　SiC功率元器件是以碳和硅組成的化合物半導體碳化硅(Silicon carbide)為材料制作的功率半導體，因其所具備的優異性能與先進性，多年來一直作為“理想的元器件”而備受矚目。SiC功率元器件現已逐漸成為現代日常生活中所普遍使用的“身邊的”元器件。(圖1)

　　圖1. 在生活中使用范圍日益擴大的SiC功率元器件

　　SiC功率元器件的應用案例(含部分開發中的案例)：

　　●“家庭里的SiC” PC電源、太陽能發電功率調節器(家庭用)、空調等

　　●“工業中的SiC” 數據中心、UPS、工廠搬運機器人、高頻感應加熱設備(IH)與高頻電源、太陽能發電功率調節器(太陽能發電站等非家庭用)等

　　●“城鎮里的SiC” 電動汽車(車載充電器)、快速充電站、發電機、醫療診斷設備等

　　從SiC功率元器件的研究開發到量產，ROHM一直遙遙領先于業界。下面簡單介紹一下SiC功率元器件的產品陣容及其特點。

　　①SiC肖特基二極管

　　自2001年世界首次實現SiC肖特基二極管的量產以來已經過去10年多了，ROHM在2010年成為日本國內第一家實現SiC肖特基二極管量產的制造商。現在，ROHM正在擴充第2代產品的陣容，與第1代舊產品相比，第2代產品不僅保持了非常短的反向恢復時間，同時正向電壓還降低了0.15V。(圖2)

　　圖2. SiC肖特基二極管的順向電壓比較(650V 10A級)

　　產品陣容包括650V和1200V兩種耐壓、TO-220絕緣/非絕緣、TO-247和D2PAK等多種封裝的產品。另外，與硅材質的快速恢復二極管(FRD)相比，可大幅降低反向恢復損耗，因此，在從家電到工業設備等眾多領域的高頻電路中應用日益廣泛(圖3)。ROHM還擁有滿足汽車級電子元器件標準AEC-Q101的產品，已在日本國內及海外眾多電動汽車、插入式混合動力車的車載充電電路中得到廣泛應用。

　　圖3.SiC肖特基二極管和硅材質FRD的特性比較(650V 10A級)

　　②SiC MOSFET

　　一直以來，與肖特基二極管相比，SiC MOSFET具有本體二極管通電引發特性劣化(MOSFET的導通電阻、本體二極管的正向電壓上升)問題，而其帶來的可靠性問題一直是阻礙量產化的課題。

　　ROHM通過改善晶體缺陷相關的工藝和元件結構，于2010年12月領先世界實現了SiC MOSFET的量產。

　　現在，ROHM正在加速650V及1200V耐壓的第2代產品的研發。

　　與作為耐高壓的開關元件被廣泛應用的硅材質IGBT相比，SiC MOSFET開關損耗具有絕對優勢，僅為1/5左右，因此，在驅動頻率越來越高所要求的設備小型化(過濾器的小型化、冷卻機構的小型化)和電力轉換效率的提升等方面效果顯著。(圖4)

　　圖4. Si-IGBT和SiC MOSFET的開關損耗比較

　　③SiC功率模塊

　　ROHM迅速開發出內置的功率元件全部由SiC功率元件構成的“全SiC”功率模塊，并于2012年投入量產。迄今，已有額定1200V 120～180A的兩種功率模塊在ROHM公司內部的生產線實施量產。另外，額定1200V 300A的功率模塊預計在2014年內將投入量產，今后計劃繼續擴大額定電流和額定電壓的范圍(圖5)。這些SiC功率模塊也已與離散型SiC MOSFET一并在非家庭用的太陽能發電功率調節器和高頻電源等主要以工業用途為中心的應用中在全球范圍被采用。

　　圖5. SiC功率模塊的外觀