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

④今后產品擴充

SiC肖特基二極管和SiC MOSFET均計劃擴充耐壓1700V的產品系列。不僅如此，ROHM還正在開發可大幅降低芯片單位面積的導通電阻的、采用溝槽柵極結構的第3代SiC MOSFET。通過降低導通電阻和芯片成本，有望成為加速SiC普及的技術。

源于ROHM綜合實力的硅材質IGBT功率元器件

在要求高頻、耐高壓兼備的領域，SiC功率元器件利用開關損耗小的優勢，所發揮的效果尤為顯著。與此相對，具有價格優勢的硅材質功率元器件的活躍領域仍舊很大。在這種背景下，ROHM在傳統的硅半導體功率元器件領域也在進行特色產品的開發，比如同時擁有MOSFET和IGBT特點的“Hybrid MOS”的開發等。

在硅材質IGBT領域，ROHM不僅擁有單獨的半導體單體，作為綜合型半導體產品制造商，還擁有融合了集團綜合實力的復合型產品，相關產品陣容正日益擴大。下面介紹ROHM的硅材質IGBT功率元器件的產品陣容。

①IGBT單品

ROHM已推出兩種耐壓650V的IGBT元件產品。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1.6V typ.），而且其設計非常重視轉換器電路所要求的高速開關性能，非常適用于開關電源的功率因數改善電路（PFC）、太陽能發電功率調節器的升壓電路等。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1.65V typ.），而且具備逆變器電路應用中尤為需要的短路耐量保證（5μS），很適合空調、洗衣機等白色家電、太陽能發電功率調節器、焊接機等的逆變器電路等應用。兩種產品系列均含有將超高速軟恢復FRD集于同一封裝內的產品。今后，ROHM計劃逐步完善1200V耐壓的產品系列、符合AEC-Q101標準的車載應用產品系列等的產品陣容。

②IGBT IPM

ROHM的產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FRD與柵極驅動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

下面是該產品的特點：

?采用應用了600V SOI工藝的柵極驅動IC，不會發生閉鎖引發的故障。

?自舉電路的限流電阻采用ROHM獨有的電流限制方式，抑制啟動時的浪涌電流的同時，實現上臂側浮動電源的穩定化。

?配有UVLO、短路保護、溫度檢測功能等保護功能。

?采用業界頂級的低熱阻陶瓷絕緣封裝。

預計兩種面向白色家電和小容量工業電機驅動用途的系列產品--在低載波頻率（4～6kHz左右）下驅動、降低了飽和電壓VCEsat的“低速開關驅動系列”，和在高載波頻率（15-20kHz左右）下驅動、降低了開關損耗的“高速開關驅動系列” 將在2014年內實現量產（圖7）。

圖7. 適用不同載波頻率的系列產品擴充

③點火裝置用IGBT

作為車載應用的產品，ROHM推出了汽油發動機點火裝置用IGBT，預計將于2014年末開始投入量產（圖8）。

圖8. 點火裝置用IGBT的開發路線圖

該產品不僅保證該應用所要求的雪崩耐量（250mJ @25℃），還實現了低飽和電壓特性。采用D-PAK封裝，并滿足汽車級電子元器件標準AEC-Q101的要求。

今后，繼推出集電極-發射極間保護電壓430±30V的產品之后，ROHM將通過集電極-發射極間保護電壓與雪崩耐量的組合，繼續進行機種擴充；并進行包括驅動IC在內的封裝一體化“點火裝置IGBT IPM”等所關注產品的開發。

結語

ROHM的功率元器件不僅在備受矚目的SiC半導體領域，在硅半導體領域也在不斷完善著產品陣容。今后也會繼續發揮ROHM從分立式半導體到IC全覆蓋的綜合實力，不斷推出滿足多樣化市場需求的產品。關于具體的產品數據、技術信息等，請登陸本公司的官網www.rohm.com.cn。