不绝生长的ROHM最新功率元器件
? ?前言
用于功率转换的半导体功率元器件 ，由于对所有设备的节能化孝敬巨大 ，其未来的技术生长动向受到广泛关注 。
ROHM针对这种节能化要求日益高涨的历史潮流 ，致力将在使分立半导体、IC的开发与制造历程中积累起来的技术获得进一步生长的功率元器件产品的阵容壮大 。其中 ，在实现了具有硅半导体无法获得的突破性特性的碳化硅半导体（SiC半导体）产品领域 ，正在实施产品扩充 ，并遥遥领先于业界 。另外 ，充分发挥综合半导体产品制造商的优势 ，在古板的硅半导体产品领域 ，也在不绝扩大与控制IC相结合的复合型产品群 。下面介绍ROHM最新的功率元器件 。
? ?碳化硅（SiC）半导体产品
SiC功率元器件是以碳和硅组成的化合物半导体碳化硅（Silicon Carbide）为质料制作的功率半导体 ，因其所具备的优异性能与先进性 ，多年来一直作为"理想的元器件"而备受瞩目 。如今已在工业、车载、铁路、家庭等众多应用中被广为接纳与研究 ，为设备的节能化做着孝敬 。
（1）ROHM的碳化硅（SiC）半导体产品
从SiC功率元器件的研究开发到量产 ，ROHM一直遥遥领先于业界 。下面简单介绍一下SiC功率元器件的产品阵容及其特点 。
■ SiC肖特基二极管：具有低开关损耗、低正向电压特性的产品（图1） 。在高效电源等设备中应用广泛 。ROHM拥有满足AEC-Q101标准的分立产品阵容 ，已在日本海内及外洋众多电动汽车、插入式混淆动力车的车载充电电路中获得广泛应用 。
图1.SiC肖特基二极管与硅材质FRD特性比较（650V10A级）
■ SiC-MOSFET：耐压凌驾1000V的MOSFET元器件 ，接纳硅半导体很难创立出导通损耗足够低的器件 ，但通过碳化硅（SiC）半导体则可以实现 。另外 ，与作为耐高压的开关元件被广泛应用的硅材质IGBT相比 ，SiC-MOSFET的开关损耗仅为1/5左右 ，因此 ，在驱动频率越来越高的设备小型化（过滤器、冷却机构）和功率转换效率的提升等方面有望获得显著效果 。（图2） 。
图2.普通Si-IGBT和ROHM的SiC-MOSFET的开关损耗比较
■ SiC功率�？椋篟OHM实现了功率元件全部由SiC功率元件组成的"全SiC"功率�？榈牧坎ㄍ�3） 。
图3.SiC功率�？榈耐夤�
（2）实现了更大电流的1200V/300A"全SiC"功率�？�
ROHM已于2012年实现了1200V/120A、180A产品的量产 。并于2015年6月开始将1200V/300A新产品投入量产 。
为充分发挥SiC功率元器件的高速开关性能 ，使�？槟诓康牡绺懈褪窃谑迪指蟮缌鞴娓穹矫婧苁侵匾募际� 。ROHM通过优化内置SiC元件的配置及内部花样 ，开发出内部电感比已经量产中产品（120A、180A）降低约一半的�？� ，乐成开发出额定电流300A的产品 。
与同等额定电流的IGBT�？橄啾� ，开关损耗可降低77％ 。使用本产品可大幅降低开关损耗 ，从而可实现设备中的冷却机构的小型化 。不但如此 ，还适用高频驱动 ，例如在30kHz的开关频率下使用功率�？槭� ，与IGBT�？橄啾� ，导通损耗和开关损耗合计共可降低约60％的损耗（图4） 。
通过更高频率的开关行动 ，还可实现线圈和电容器等周边元器件的小型化 。不但有助于设备的节能化 ，另有助于实现进一步小型化 。
图4.ROHM新产品与普通IGBT�？榈乃鸷谋冉�
（3）接纳沟槽结构的SiC-MOSFET产品
与现有量产中的SiC-MOSFET相比 ，同一芯片尺寸的导通损耗（导通电阻降低约50%）更低 ，同时实现了更高的开关性能（输入电容降低约35%）（图5） 。
图5.沟槽结构SiC-MOSFET产品的导通电阻、输入电容特性
沟槽结构因在SiC-MOSFET中接纳 ，可有效降低导通电阻而备受关注 ，但为了确保元器件的恒久可靠性 ，需要设计能够缓和Gate Trench部分（通过有无施加电压来控制MOSFET元件的开关ON/OFF的部位）爆发的电场的结构 。因为当仅在Gate Trench部位接纳沟槽结构时 ，Gate Trench结构底部电场集中 ，很难确保元器件的可靠性 。ROHM通过接纳独创的结构 ，缓和了Gate Trench结构底部的电场集中现象 ，从而乐成实现了接纳沟槽结构的SiC-MOSFET的量产（图6） 。
图6.ROHM的沟槽结构SiC-MOSFET的元件结构
ROHM首先实现了接纳量产中的沟槽结构SiC-MOSFET元件的"全SiC"功率�？榈牟坊� 。该产品的额定电压为1200V ，额定电流为180A ，内部电路为半桥配置 。与同等额定水平的Si-IGBT功率�？椴废啾� ，其显著优势虽然不必言说 ，纵然与量产中的1200V/180A的SiC-MOSFET�？橄啾� ，其开关损耗也大幅降低（图7） 。
图7.开关损耗比较
今后 ，ROHM计划开发分立封装的额定电压650V、1200V的产品 ，并继续扩充更大额定电流的产品群 。
ROHM的智能功率�？椴�
与因元器件的特性优势而备受瞩目的SiC功率元器件相比 ，在价格方面更具优势的硅材质功率元器件产品的市场规模依然很大 。ROHM也在致力于使用硅材质半导体的功率元器件开发 。不但不绝完善IGBT和MOSFET平分立半导体、IC的产品群 ，还在不绝扩充功率元件和控制IC相结合的复合型产品阵容等 ，积极发挥综合半导体元器件制造商的综合实力优势 ，使产品阵容不绝壮大 。下面简单介绍一下相关产品 。
（1）IGBT智能功率�？椋↖GBT-IPM）
为降低功耗 ，众多电机应用中均实现了设备的变频化 。这些变频设备中广为接纳的产品是将IGBT功率元件、控制它们的IC以及外围电路1体化封装的功率�？椴罚↖PM：智能功率�？椋� 。ROHM的IGBT-IPM产品搭载自产的硅材质IGBT元器件 ，并已投入量产（图8） 。
图8.ROHM的IGBT-IPM（MOS-IPM）结构
（2）MOS智能功率�？椋∕OS-IPM）
近年来 ，在白色家电领域 ，节能趋势尤为显著 。产品倾向于接纳更接近实际使用情况的能效标识APF（Annual Performance Factor） ，不再仅仅关注功率负载较大的设备启动时和额定条件下的节能 ，要求在负载较小的正常运转时更节能的趋势日益高涨 。
ROHM 不但实现了IGBT-IPM的量产 ，还开发出搭载自产的低导通电阻"PrestoMOS"、并融入独吞的IC控制技术的MOS-IPM产品 ，已于2015年8月投入量产 。
■ 接纳可支持大电流的PrestoMOS
一般MOSFET具有在高速开关条件下和低电流规模内的导通损耗较低的优势 ，具有降低设备正常运转时的功耗的效果 。ROHM通过接纳以往的MOSFET很难实现的可支持更大电流的自产PrestoMOS ，大大降低导通损耗 ，实现了IPM的产品化 。
■ 接纳ROHM独吞的电路技术的栅极驱动器IC
ROHM通过接纳独吞的栅极驱动电路 ，进一步实现了IPM产品的高效化 。例如 ，通过导入可避免高电压条件下高速开关行动容易爆发的MOSFET误行动的电路 ，实现高速开关行动 ，以降低开关损耗 。并且 ，还考虑到开关时爆发的噪音 ，优化了开关损耗和噪音的平衡关系 ，从而实现了可最大限度充分发挥PrestoMOS性能的栅极驱动 。
由于具备这些特点 ，在低电流事情条件下 ，ROHM生产的MOS-IPM产品与IGBT-IPM产品相比 ，损耗大幅降低 。通过业界顶级的低功耗 ，为整个应用的进一步节能做出孝敬（图9） 。
图9.普通IGBT-IPM与ROHM的MOS-IPM的损耗比较
? ?结语
为了进一步实现节能化 ，ROHM在已经实际应用的SiC功率元器件领域 ，进一步推进技术革新 。另外 ，在硅材质半导体领域 ，也将不绝完善产品阵容 ，同时 ，积极拓展包括控制IC在内的复合型产品群 。
今后 ，ROHM将继续致力于推进在节能方面为社会孝敬力量的元器件开发 。
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