400V/600V 到1200V,罗姆SiC模块再更新

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在我们的印象中,罗姆是家元器件厂商,强项在电阻等分立元器件,殊不知罗姆从上个世纪60年代开始开发二极管,到80年代研发自己的4位和8位微控制器产品,90年代推出功率元器件和LCD显示类IC产品,罗姆不止有元器件, ...
 
在我们的印象中,罗姆是家元器件厂商,强项在电阻等分立元器件,殊不知罗姆从上个世纪60年代开始开发二极管,到80年代研发自己的4位和8位微控制器产品,90年代推出功率元器件和LCD显示类IC产品,罗姆不止有元器件,而是成长为一个综合性半导体厂商。而近期通过与罗姆的几次沟通和采访,我们发现,罗姆的这种转型还在走向深入。不一样的罗姆,让生活更智能这篇报道中我们可以有所了解,这也是罗姆一直以来极力向用户呈现的公司的新蓝图。
 
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高交会电子展上的罗姆展区
 
作为稳扎稳打的日本电子企业的代表,罗姆已进花甲高龄,象任何高明的技师一样,在传统分立元器件方面的技术积累臻于完美。谈及这部分技术的优异性和领先性,罗姆认为得益于两点:
 
1、产品的微细加工技术
提到近年来电子产业的重要趋势,便携式电子产品的风靡和加速更新换代是普通大众也看得到的大趋势。这些产品在趋向高性能化的同时,整机本身则向着小型、薄型化发展。伴随着高性能化发展带来零部件数目的增加,市场需要实现高密度贴装的超小型零部件。作为拥有50年以上历史的综合性半导体厂商,罗姆已实现了各种各样世界最小尺寸的零部件产品。在本届高交会电子展上,罗姆展出了众多此类产品,如“03015尺寸贴片电阻器”、“0806尺寸晶体管”、“0402尺寸齐纳二极管”、“1006尺寸LED(PICOLED霹克镭)等。
 
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罗姆世界最小03015尺寸电阻器产品展示(图右)
 
2.节能化
随着节能趋势的发展,在太阳能、工业和汽车领域等大型机器方面,需要更加省电并提高电压的转换效率(低损耗、高效率)。
 
提高转换效率就要减少损耗。这种损耗虽然不能完全减少到零,但为了接近零损耗,罗姆在产品设计中进行反复的研发,通过这些研发结果降低损耗、减少CO2排放。
 
在Si基超级结(SJ)-MOSFET、MOSFET、双极晶体管、肖特基势垒二极管(SBD)、快速恢复二极管(FRD)、二极管(Di)、齐纳二极管之外,又新增碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等新一代元件,在各电压范围都提供有特色的功率元器件产品。
 
这里不能不提到罗姆引以为傲的SiC工艺产品线,目前SiC的产品包括:
 
SiC-SBD(碳化硅肖特基势垒二极管):
 
从2010年开始罗姆在日本国内厂商中首次批量生产SiC-SBD,目前已经在各种机器中得到应用。与以往的Si-FRD(快速恢复二极管)相比,SiC-SBD可以大幅缩短反向恢复时间,因此恢复损耗可以降低至原来的三分之一。充分利用这些特性,在各种电源的PFC电路(连续模式PFC)和太阳能发电的功率调节器中不断得到应用。
 
另外,罗姆备有耐压600V、1200V的SiC-SBD产品线。并且,2012年起开始销售性能升级的第二代SiC-SBD。第二代SiC-SBD与以往产品相比,具有短反向恢复时间的同时,降低了正向电压。通常降低正向电压,则反向漏电流也随之增加。罗姆通过改善工艺和元器件结构,保持低漏电流的同时,成功降低了正向电压。正向上升电压也降低了0.1~0.15V,因此尤其在低负载状态下长时间工作的机器中效率有望得到提高。
 
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罗姆SiC功率产品展示
 
●SiC-MOSFET:
 
相对于不断搭载到各种机器上的SiC-SBD,SiC-MOSFET的量产化由于各种技术原因显得有些滞后。2010年12月,罗姆在世界上首次以定制品形式量产SiC-MOSFET。而且,从2012年7月份开始,相继开始量产1200V耐压的第二代SiC-MOSFET。
 
以往SiC-MOSFET由于体二极管通电引起特性劣化(MOSFET的导通电阻、体二极管的正向电压上升),成为量产化的障碍。然而,罗姆改善了与结晶缺陷有关的工艺和器件结构,并在2010年量产时克服了SiC-MOSFET在可靠性方面的难题。1200V级的逆变器和转换器中一般使用Si材质IGBT。SiC-MOSFET由于不产生Si材质IGBT上出现的尾电流(关断时流过的过渡电流),所以关断时开关损耗可以减少90%,而且可实现50kHz以上的驱动开关频率。因此,可实现机器的节能化及散热片、电抗器和电容等周边元器件的小型化、轻量化。
 
●“全SiC”功率模块:
 
现在,1200V级的功率模块中,Si材质IGBT和FRD组成的IGBT模块被广泛应用。罗姆开发了搭载SiC-MOSFET和SiC-SBD的功率模块(1200V/100A半桥结构,定制品)以替换以往的硅材质器件,并从2012年3月下旬开始量产、出货。通用品(1200V/120A半桥结构)也将很快量产。
 
作为替换硅材质器件,搭载SiC-MOSFET和SiC-SBD的模块,可实现100kHz以上的高频驱动。可大幅降低IGBT尾电流和FRD恢复电流引起的开关损耗。因此,通过模块的冷却结构简化(散热片的小型化,水冷却、强制空气冷却的自然空气冷却)和工作频率高频化,可实现电抗器和电容等的小型化。
 
相对于已经拥有大量应用实例的SiC-SBD而言,SiC-MOSFET和全SiC功率模块的真正应用才刚刚开始。而相对以往硅材质器件的性能差别和成本差别的平衡将成为SiC器件真正普及的关键。
 
目前罗姆还在两个方面进行技术开发:基于SiC电路板大口径化,降低SiC器件成本;相对硅材质器件,开发在性能上具有绝对优势的新一代SiC器件。罗姆的目标是通过扩大普及SiC器件,助力在全球范围内实现节能和减少CO2的排放。
 
有了如上的技术积累和不断开发创新,让罗姆可以在日益激烈的市场竞争中保持稳健。
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