羅姆半導體搶攻新世代電源市場

羅姆半導體股份有限公司 資深工程師 郭文勇。羅姆半導體

在臨界電場(Breakdown Field, E_crit)、禁帶寬度(Energy Gap, E_g)與導熱率 (Thermal Conductivity, λ) 擁有更佳表現的碳化矽(Silicon Carbide, SiC)，被視為下一世代重要的功率器件材料，深耕電源領域多年的羅姆半導體(ROHM)在多年前就已投入相關技術的研發，資深工程師郭文勇在日前的D Forum演講中指出，SiC的發展潛力深厚，該公司已有完整布局，旗下的完整解決方案將可協助客戶打造效能與成本表現俱佳的電源系統。

郭文勇表示，羅姆半導體在電源領域的布局可依不同材料對應不同功率器件，矽(Si)基產品包括超接合面(Super Junction) MOSFET、兼具超結MOSFET、FRD優點的Hybrid MOS、高速整流二極體(FRD)、絕緣閘極雙極性電晶體(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)，崩潰電壓範圍從500V至1800V；SiC產品有蕭特基二極體(Schottky Barrier Diodes, SBD)與MOSFET，崩潰電壓範圍從650V至1700V；至於氮化鎵(Gallium nitride, GaN)我們研究與發展規劃為增強型電子遷移率電晶體(High Electron Mobility Transistors, E-mode HEMT)。

相較於矽基半導體，SiC擁有更好的臨界電場(E_crit)，在相同額定電壓(VBR-DSS)功率器件下，可以有效減少飄移層(Drift layer)厚度並降低功率器件等校電阻(Rds-on)，進而縮減功率器件導通時的傳導損失。對此技術，羅姆半導體聚焦於資通訊、能源、汽車與工業等四大領域，像是機房伺服器、通訊基地台、儲能、充電站、車載充電器、大型工業設備等，均是重點關注應用。在產能方面，郭文勇則點出ROHM擁有全球半導體產業少有的垂直整合模式 (IDM)服務，從晶圓、功率器件開發到封裝與測試一應俱全，有效掌握產能與生產品質，並在日本與海外多處據點都可提供販售服務。

郭文勇緊接著介紹羅姆半導體的SiC MOSFET與SBD兩款產品布局。SiC MOSFET產品可分為分立(Discrete)器件與模組(Module)兩種，其中SIC MOSFET 在迭代過程中由原先的平面閘極(Planar Gate)轉變為溝槽式閘極(Trench Gate)，有效消除結構中的JFET效應進而縮小了晶片尺寸表面積與導通電組(Ron*A)，最新的第四代(Gen4) SiC MOSFET同比第三代(Gen3) SIC MOSFET的整體開關損耗(Total Switch loss)還可減少50%，同時優化動態參數Crss ／ Ciss比值，使功率器件更有效支持半橋電路應用中快速電壓變化(dV/dt)的自適應誤導通(Self-turn on)現象。

在眾多產品中，郭文勇特別介紹BM61S41RFV-C匹配SiC MOSFET閘極驅動器(Gate Driver)，產品可支持絕緣強度(Isolation Voltage) 3750Vrms，輸入輸出延遲時間(I/O Delay Time) 65ns、最小輸入脈衝寬度(Minimum Input Pulse Width) 60ns，同時具可選擇性低壓欠鎖(UVLO)閥值與主動米勒鉗位(Active Miller Clamp)功能，可兼容Si或SiC MOSFET設計。

模組(Module)產品方面，採用全碳化矽模組(Full SiC Module)，其中電流涵蓋範圍由80A到600A，電壓由1200V-1700V，包裝採兼容傳統IGBT模組形式。應用中所關注的雜散電感(Stray Inductance)、熱阻(Thermal Resistance)也在新一代G type產品當中進行優化，與傳統IGBT模組相比，則擁有優越的開關特性與熱穩定性。

對於SiC蕭特基二極體，羅姆半導體至今已推出第三代產品SCS3系列，此系列採用了JBS(Junction Barrier Schottky)結構，保留原先器件導通時的低順向電壓值(Vf, Forward Voltage )，提高峰值順向衝擊電流(Surge non-repetitive Forward Current, IFSM)，強化電源工作時，當浪涌電流來臨時的承受能力，實現電源穩定與安全性。

郭文勇最後表示，SiC在耐壓、開關損耗等多方面的表現遠較既有的矽基器件更好，在電源領域的發展備受期待，羅姆半導體研發多年，累積出龐大技術能量，產品線已然完整，目前已被應用於車載與相關領域，未來將持續投入，提供市場成熟穩定的高效能SiC解決方案。