【無線射頻電路】-日益壯大的ROHM功率元器件產(chǎn)品陣容

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全球知名半導(dǎo)體制造商ROHM利用多年來在消費電子領(lǐng)域積累的技術(shù)優(yōu)勢，正在樂觀推動面對工業(yè)設(shè)備領(lǐng)域的產(chǎn)品陣容擴充。在支撐節(jié)能、創(chuàng)能、蓄能技術(shù)的半導(dǎo)體功率元器件領(lǐng)域，ROHM實現(xiàn)了具有硅半導(dǎo)體無法得到的突破性特性的碳化硅半導(dǎo)體（SiC半導(dǎo)體）的量產(chǎn)。另外，在傳統(tǒng)的硅半導(dǎo)體功率元器件領(lǐng)域，實現(xiàn)了從分立式半導(dǎo)體到IC全掩蓋的融合了ROHM綜合實力的復(fù)合型產(chǎn)品群。下面介紹這些產(chǎn)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(dǎo)體碳化硅（Siliconcarbide）為材料制作的功率半導(dǎo)體，因其所具備的優(yōu)異性能與先進性，多年來始終作為抱負的元器件而備受矚目。SiC功率元器件現(xiàn)已漸漸成為現(xiàn)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(yīng)用案例（含部分開發(fā)中的案例）：

家庭里的SiCPC電源、太陽能發(fā)電功率調(diào)整器（家庭用）、空調(diào)等

工業(yè)中的SiC數(shù)據(jù)中心、UPS、工廠搬運機器人、高頻感應(yīng)加熱設(shè)備（IH）與高頻電源、太陽能發(fā)電功率調(diào)整器（太陽能發(fā)電站等非家庭用）等

城鎮(zhèn)里的SiC電動汽車（車載充電器）、快速充電站、發(fā)電機、醫(yī)療診斷設(shè)備等

從SiC功率元器件的討論開發(fā)到量產(chǎn)，ROHM始終遙遙領(lǐng)先于業(yè)界。下面簡潔介紹一下SiC功率元器件的產(chǎn)品陣容及其特點。

1.SiC肖特基二極管

自2023年世界首次實現(xiàn)SiC肖特基二極管的量產(chǎn)以來已經(jīng)過去10年多了，ROHM在2023年成為國內(nèi)第一家實現(xiàn)SiC肖特基二極管量產(chǎn)的制造商?，F(xiàn)在，ROHM正在擴充第2代產(chǎn)品的陣容，與第1代舊產(chǎn)品相比，第2代產(chǎn)品不僅保持了特別短的反向恢復(fù)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（650V10A級）

產(chǎn)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(chǎn)品。另外，與硅材質(zhì)的快速恢復(fù)二極管（FRD）相比，可大幅降低反向恢復(fù)損耗，因此，在從家電到工業(yè)設(shè)備等眾多領(lǐng)域的高頻電路中應(yīng)用日益廣泛（圖3）。ROHM還擁有滿意汽車級電子元器件標準AEC-Q101的產(chǎn)品，已在國內(nèi)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(yīng)用。

圖3.SiC肖特基二極管和硅材質(zhì)FRD的特性比較（650V10A級）

2.SiCMOSFET

始終以來，與肖特基二極管相比，SiCMOSFET具有本體二極管通電引發(fā)特性劣化（MOSFET的導(dǎo)通電阻、本體二極管的正向電壓上升）問題，而其帶來的牢靠性問題始終是阻礙量產(chǎn)化的課題。

ROHM通過改善晶體缺陷相關(guān)的工藝和元件結(jié)構(gòu)，于2023年12月領(lǐng)先世界實現(xiàn)了SiCMOSFET的量產(chǎn)。

現(xiàn)在，ROHM正在加速650V及1200V耐壓的第2代產(chǎn)品的研發(fā)。

與作為耐高壓的開關(guān)元件被廣泛應(yīng)用的硅材質(zhì)IGBT相比，SiCMOSFET開關(guān)損耗具有肯定優(yōu)勢，僅為1/5左右，因此，在驅(qū)動頻率越來越高所要求的設(shè)備小型化（過濾器的小型化、冷卻機構(gòu)的小型化）和電力轉(zhuǎn)換效率的提升等方面效果顯著。（圖4）

圖4.Si-IGBT和SiCMOSFET的開關(guān)損耗比較

3.SiC功率模塊

ROHM快速開發(fā)出內(nèi)置的功率元件全部由SiC功率元件構(gòu)成的全SiC功率模塊，并于2023年投入量產(chǎn)。迄今，已有額定1200V120～180A的兩種功率模塊在ROHM公司內(nèi)部的生產(chǎn)線實施量產(chǎn)。另外，額定1200V300A的功率模塊估計在2023年內(nèi)將投入量產(chǎn)，今后方案連續(xù)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SiCMOSFET一并在非家庭用的太陽能發(fā)電功率調(diào)整器和高頻電源等主要以工業(yè)用途為中心的應(yīng)用中在全球范圍被采納。

圖5.SiC功率模塊的外觀

4.今后產(chǎn)品擴充

SiC肖特基二極管和SiCMOSFET均方案擴充耐壓1700V的產(chǎn)品系列。不僅如此，ROHM還正在開發(fā)可大幅降低芯片單位面積的導(dǎo)通電阻的、采納溝槽柵極結(jié)構(gòu)的第3代SiCMOSFET。通過降低導(dǎo)通電阻和芯片成本，有望成為加速SiC普及的技術(shù)。

源于ROHM綜合實力的硅材質(zhì)IGBT功率元器件

在要求高頻、耐高壓兼?zhèn)涞念I(lǐng)域，SiC功率元器件利用開關(guān)損耗小的優(yōu)勢，所發(fā)揮的效果尤為顯著。與此相對，具有價格優(yōu)勢的硅材質(zhì)功率元器件的活躍領(lǐng)域照舊很大。在這種背景下，ROHM在傳統(tǒng)的硅半導(dǎo)體功率元器件領(lǐng)域也在進行特色產(chǎn)品的開發(fā)，比猶如時擁有MOSFET和IGBT特點的HybridMOS的開發(fā)等。

在硅材質(zhì)IGBT領(lǐng)域，ROHM不僅擁有單獨的半導(dǎo)體單體，作為綜合型半導(dǎo)體產(chǎn)品制造商，還擁有融合了集團綜合實力的復(fù)合型產(chǎn)品，相關(guān)產(chǎn)品陣容正日益擴大。下面介紹ROHM的硅材質(zhì)IGBT功率元器件的產(chǎn)品陣容。

1.IGBT單品

ROHM已推出兩種耐壓650V的IGBT元件產(chǎn)品。一種是RGTH系列，該系列不僅具備低飽和電壓特性（額定電流下1.6Vtyp.），而且其設(shè)計特別重視轉(zhuǎn)換器電路所要求的高速開關(guān)性能，特別適用于開關(guān)電源的功率因數(shù)改善電路（PFC）、太陽能發(fā)電功率調(diào)整器的升壓電路等。另一種是RGT系列，該系列也具備低飽和電壓特性（額定電流下1.65Vtyp.），而且具備逆變器電路應(yīng)用中尤為需要的短路耐量保證（5S），很適合空調(diào)、洗衣機等白色家電、太陽能發(fā)電功率調(diào)整器、焊接機等的逆變器電路等應(yīng)用。兩種產(chǎn)品系列均含有將超高速軟恢復(fù)FRD集于同一封裝內(nèi)的產(chǎn)品。今后，ROHM方案逐步完善1200V耐壓的產(chǎn)品系列、符合AEC-Q101標準的車載應(yīng)用產(chǎn)品系列等的產(chǎn)品陣容。

2.IGBTIPM

ROHM的產(chǎn)品陣容中還新增了將低飽和電壓特性卓越的IGBT單品、超高速軟恢復(fù)FRD與柵極驅(qū)動IC、自舉二極管集成于逆變器的IPM（智能功率模塊）。（圖6）

圖6.ROHM的IGBT-IPM

下面是該產(chǎn)品的特點：

采納應(yīng)用了600VSOI工藝的柵極驅(qū)動IC，不會發(fā)生閉鎖引發(fā)的故障。

自舉電路的限流電阻采納ROHM獨有的電流限制方式，抑制啟動時的浪涌電流的同時，實現(xiàn)上臂側(cè)浮動電源的穩(wěn)定化。

配有UVLO、短路愛護、溫度檢測功能等愛護功能。

采納業(yè)界頂級的低熱阻陶瓷絕緣封裝。

估計兩種面對白色家電和小容量工業(yè)電機驅(qū)動用途的系列產(chǎn)品--在低載波頻率（4～6kHz左右）下驅(qū)動、降低了飽和電壓VCEsat的低速開關(guān)驅(qū)動系列，和在高載波頻率（15-20kHz左右）下驅(qū)動、降低了開關(guān)損耗的高速開關(guān)驅(qū)動系列將在2023年內(nèi)實現(xiàn)量產(chǎn)（圖7）。

圖7.適用不同載波頻率的系列產(chǎn)品擴充

3.點火裝置用IGBT

作為車載應(yīng)用的產(chǎn)品，ROHM推出了汽油發(fā)動機點火裝置用IGBT，估計將于2023年末開頭投入量產(chǎn)（圖8）。

圖8.點火裝置用IGBT的開發(fā)路線圖

該產(chǎn)品不僅保證該應(yīng)用所要求的雪崩耐量（250mJ@25C），還實現(xiàn)了低飽和電壓特性。采納D-PAK封裝，并滿意汽車級電子元器件標準AEC-Q101的要求。

今后，繼推出集電極-放射極間愛護電壓43030V的產(chǎn)品之后，ROHM將通過集電極-放射極間愛護