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罗姆@@（ROHM）第@@4代@@：技术回顾@@

judy — Mon, 30 Jan 2023 09:05:12 +0000

作者@@： TechInsights，来源@@：StrategyAnalytics

罗姆@@今年@@发布了他们的@@第@@@@@@4代@@（Gen4）金氧半场效晶体管@@（MOSFET）产品@@。新系列@@包括额定电压为@@@@750 V（从@@650 V提升至@@750 V）和@@1200 V的@@金氧半场效晶体管@@@@，以及@@多个可用的@@@@@@TO247封装@@188足彩外围@@app ，其汽车@@级合格认证达@@56A/24mΩ。这一阵容表明罗姆@@将继续瞄准他们之前取得成功的@@车载@@充电器市场@@。

在@@产品@@发布声明中@@，罗姆@@声称其第@@@@4代@@产品@@@@“通过进一步改进原有的@@双沟槽@@结构@@@@，在@@不影响短路耐受时@@间的@@情况下@@，使单位面积@@导通电阻@@比传统产品@@降低@@@@40%。”他们还表示@@，“此外@@，显著降低@@寄生电容@@使得开关损耗比我们的@@上一代@@碳化硅@@金氧半场效晶体管@@@@降低@@@@50%成为@@可能@@”。

TechInsights仅用数周就迅速采购并剖析了罗姆@@第@@@@@@4代@@金氧半场效晶体管@@@@，并于@@2022年@@7月@@公布了首批图@@像@@。从@@那时@@起@@，PGC一直致力于提供相关器件的@@电气数据@@，这些数据与@@剖面图@@结合@@@@，有助于我们理解罗姆@@在@@沟槽@@工艺技术方面取得的@@进步@@。

届时@@@@，TechInsights订户将获得有关@@该设备的@@稳健性@@、可靠性和@@数据表范围外特性@@检测的@@全面分析@@。在@@本文中@@，我们将公开一些具有启发性的@@早期分析@@，以便验证罗姆@@的@@上述声明@@，并理解其所做的@@改进@@。

沟槽@@式金氧半场效晶体管@@基础知识@@

传统的@@@@“平面@@”金氧半场效晶体管@@的@@栅极和@@沟道区@@设置在@@半导体表面@@。平面@@金氧半场效晶体管@@易于制造且非常可靠@@。但@@在@@减小芯片尺寸@@以提高产量的@@过程中@@，其横向拓扑结构@@限制了最终缩小范围@@。

图@@1：碳化硅@@金氧半场效晶体管@@设计示意图@@@@，图@@中显示了罗姆@@@@（第@@3代@@）和@@英飞凌@@的@@典型平面@@结构@@和@@沟槽@@式设计@@。

沟槽@@式金氧半场效晶体管@@包括沟槽@@边缘形成并已被蚀刻在@@碳化硅@@表面的@@栅极@@。沟槽@@栅极用于制造低@@电阻@@器件@@，准确地说@@，是@@低@@比导通电阻@@@@（Ronsp，电阻@@x面积@@）。如能降低@@@@Ronsp，则芯片制造商能缩小芯片尺寸@@@@，从@@而@@实现@@RDSon=15 mOhm的@@产品@@@@，这能降低@@碳化硅@@用量@@，从@@而@@提高产量@@。

沟槽@@式金氧半场效晶体管@@的@@较低@@@@Ronsp背后有多种原因@@@@。首先@@，在@@碳化硅@@沟槽@@侧壁上制备的@@栅极具有更高的@@@@沟道迁移率@@，这意味着与@@平面@@器件相比@@@@，电子穿过沟槽@@栅极的@@阻碍较少@@。这能降低@@沟道电阻@@@@。其次@@，沟槽@@式金氧半场效晶体管@@可能消除平面@@金氧半场效晶体管@@的@@@@JFET电阻@@，在@@该区@@域中@@，来自@@两个沟道的@@电流被挤压到@@@@p体触点之间的@@狭窄通道中@@。但@@正如我们将看到@@的@@那样@@，实用@@、务实的@@设计可能导致再次引入@@一个类似@@JFET的@@区@@域@@。第@@三@@，与@@平面@@栅极的@@数量@@相比@@@@，垂直沟槽@@栅极密度应当更大@@，从@@而@@减小单元间距并增大电流密度@@。

但@@要小心其中@@的@@陷阱@@。沟槽@@式金氧半场效晶体管@@可能难以优化以实现可靠@@、稳健的@@运行@@。特别地@@，成功的@@设计必须解决在@@尽量增大器件顶部碳化硅@@高电场@@（比硅高@@9倍@@）的@@同时@@保护同样位于器件顶部的@@精密栅极氧化物免受该电场影响的@@问题@@。维持这种平衡需要巧妙但@@复杂的@@器件布局@@，否则漂移区@@需要严重降额@@，从@@而@@侵蚀沟槽@@架构的@@增益@@。因@@此@@，沟槽@@式金氧半场效晶体管@@的@@一个缺点是@@它们的@@@@设计更复杂@@，通常需要更多的@@制造步骤@@@@，其中@@一些步骤@@可能具有特殊的@@复杂性@@——深度高能注入@@（英飞凌@@）或深沟槽@@蚀刻@@（罗姆@@第@@@@4代@@器件@@）。

罗姆@@和@@英飞凌@@的@@沟槽@@设计@@

罗姆@@和@@英飞凌@@率先转向沟槽@@式金氧半场效晶体管@@@@，但@@采用了截然不同的@@设计@@。罗姆@@第@@@@3代@@的@@@@TechInsights剖面图@@如图@@@@2所示@@，以及@@图@@@@1中的@@卡通形式@@。罗姆@@选择了更传统的@@@@设计@@，即每个栅极沟槽@@的@@每侧都有沟道@@，并利用每一侧的@@虚拟沟槽@@@@，其中@@，通过深@@P型注入保护栅极沟槽@@@@。英飞凌@@让每条沟槽@@都物尽其用@@！每条沟槽@@的@@一侧均有一条沟道@@，另一侧被深@@P+注入所覆盖@@，以防高电场影响栅极氧化物@@。这种布局使沟槽@@的@@沟道侧与@@@@4°离轴碳化硅@@晶体完美对齐@@；这是@@一种降低@@电阻@@的@@巧妙技巧@@。

图@@3中值得注意的@@是@@@@，每个有源栅极沟槽@@之间的@@两个非有源源极沟槽@@@@，它们与@@宽体电极触点一同形成了沟槽@@器件的@@宽单元间距@@。但@@从@@平面@@图@@中看到@@该设备时@@@@，这个明显浪费芯片面积@@的@@布局有其存在@@的@@意义@@。不同于传统的@@@@仅在@@一个维度上跨越器件的@@栅极条@@，这款第@@@@3代@@器件@@的@@布局具有从@@上到@@下和@@从@@左到@@右延伸的@@栅极@@，从@@而@@创建了一个巧妙的@@二维栅极网@@格@@，使单位面积@@内的@@栅极密度几乎翻倍@@@@。这在@@概念上类似于@@Wolfspeed的@@六边形布局@@，该布局将栅极密度增加了约@@1.3倍@@。

然而@@@@，在@@罗姆@@最新的@@@@@@第@@@@4代@@产品@@@@发布前@@，这两款沟槽@@器件均无法拥有低@@于一流平面@@双扩散型场效应晶体管的@@@@Ronsp。第@@3代@@设计的@@另一个问题在@@于@@，源极沟槽@@能为@@栅极提供多少保护@@，使其免受高电场的@@影响@@？

图@@2：罗姆@@的@@第@@@@@@3代@@碳化硅@@金氧半场效晶体管@@@@（来源@@：TechInsights）

罗姆@@的@@第@@@@@@4代@@碳化硅@@金氧半场效晶体管@@@@

在@@TechInsights快速采购并剖析了罗姆@@的@@新型第@@@@@@@@4代@@碳化硅@@金氧半场效晶体管@@@@后@@，下图@@显示了@@TechInsights为@@新型第@@@@@@4代@@器件@@制作的@@高分辨率电镜图@@@@。

图@@3：罗姆@@的@@新型第@@@@@@4代@@碳化硅@@金氧半场效晶体管@@@@（来源@@：TechInsights）

第@@4代@@器件@@与@@第@@@@3代@@器件@@有部分相似之处@@，也有一些明显差异@@。

相似之处在@@于罗姆@@采用传统的@@@@沟槽@@式金氧半场效晶体管@@设计方法@@，在@@栅极沟槽@@的@@两个侧壁上均有沟道@@。然而@@@@，现在@@每个栅极沟槽@@的@@两侧均有一个接地的@@源极沟槽@@@@，它延伸至漂移区@@的@@深度为@@第@@@@3代@@的@@@@两倍@@@@。正如我们所解释的@@那样@@，这是@@关键的@@设计特征@@，罗姆@@巧妙地利用它来更好地保护栅极氧化物@@和@@降低@@电阻@@@@。

每个栅极沟槽@@的@@单个虚拟@@/源极沟槽@@使单元间距能减小@@3倍@@。这标志着罗姆@@在@@第@@@@@@3代@@中使用@@的@@新型单元布局的@@终结@@，但@@这种布局几乎使栅极密度增加了一倍@@@@，有利于传统的@@@@一维条形布局@@。总之@@，这代@@表每单位面积@@的@@栅极沟槽@@密度净增加@@50%（至少@@），这有助于进一步降低@@困扰其他器件的@@沟道电阻@@问题@@，在@@我们之前展示的@@@@650V平面@@金氧半场效晶体管@@串联电阻@@中@@，该电阻@@可能会贡献达@@30%。

电阻@@的@@另一主要贡献者为@@衬底电阻@@@@，也在@@这一代@@器件@@中@@首次被减薄@@，从@@而@@大大减少了该@@188足彩外围@@app 电阻@@。

使用@@PGC提供的@@各式最先进的@@电气表征设备@@，结合@@Techinsights的@@分析@@，我们审查了罗姆@@对这些器件的@@多项声明@@。我们直接比较@@了新型第@@@@@@4代@@650V罗姆@@金氧半场效晶体管@@@@、第@@3代@@金氧半场效晶体管@@@@和@@一流的@@平面@@碳化硅@@金氧半场效晶体管@@@@，它们具有相似的@@@@Rdson额定值@@。

首先@@是@@损耗@@。罗姆@@在@@图@@中的@@第@@@@一项声明为@@@@，他们将导通损耗降低@@了@@40%，从@@而@@实现@@了等效的@@芯片尺寸@@缩减@@。事实上@@，根据@@TechInsights公布的@@剖面图@@@@，我们可以确认芯片有源区@@域的@@比导通电阻@@@@（Ron×A）几乎比上一代@@产品@@@@低@@@@40%，尽管实际上@@器件的@@必要非有源区@@域会略微降低@@这一增益@@。更进一步而@@言@@，新的@@@@Ronsp也比我们描述的@@一流平面@@器件小@@20%。正如我们之前所讨论的@@那样@@，这是@@一个至关重要的@@进步@@，因@@为@@它能缩小芯片尺寸@@@@，从@@而@@提高产量@@并降低@@成本@@。

图@@4：罗姆@@的@@第@@@@@@4代@@器件@@具有更低@@的@@@@Ronsp、Coss和@@Crss（来源@@：罗姆@@）

图@@中的@@第@@@@二个声明为@@@@，因@@为@@各个密勒电容的@@降低@@@@，所以开关损耗将会降低@@@@。事实上@@，虽然我们比较@@的@@芯片的@@测试结果与@@之并不完全匹配@@，但@@我们可以确认@@Crss（在@@额定电压下@@）降低@@了约@@90%，而@@且@@Coss也有所降低@@@@，具体取决于电压@@。我们正在@@开展自@@己的@@开关基准测试@@。

罗姆@@提出的@@一项声明涉及将额定电压范围从@@@@650 V提高至@@750 V。罗姆@@表示@@：“750 V击穿电压可确保设计裕度不受@@VDS浪涌影响@@”。我们发现这是@@一个正在@@席卷整个行业的@@有趣发展@@。然而@@@@，实际上@@，在@@静态条件下测试的@@新型第@@@@@@4代@@器件@@的@@实际击穿电压约为@@@@1000 V，实际低@@于在@@超过@@1200 V时@@击穿的@@第@@@@@@3代@@器件@@。新型第@@@@4代@@器件@@与@@一流的@@平面@@器件不相上下@@。结合@@他们关于裕度的@@说法和@@实际数据@@，这的@@确令人印象深刻@@。他们允许以@@75%的@@实际击穿电压下使用@@该器件@@，该数据高于第@@@@3代@@的@@@@50%以上@@，这表明第@@@@4代@@的@@@@可靠性大幅提高@@。正如我们将在@@下一节中@@解释的@@那样@@，这种降额的@@减少是@@一个很大的@@改进@@，可以在@@一定程度上降低@@电阻@@@@。

图@@5：尽管额定击穿电压有所增加@@，但@@测得的@@真实击穿电压显示第@@@@4代@@要小于第@@@@3代@@。这表明漂移区@@降额显著降低@@@@。

PGC实验室将很快对第@@@@4代@@器件@@开展短路测试@@，但@@罗姆@@的@@第@@@@@@三个有趣的@@说法是@@@@，尽管缩减了芯片尺寸@@并增大了电流密度@@，但@@实质增加了器件的@@短路耐受时@@间@@。如果他们所言不虚@@，考虑到@@降额减少@@，这进一步证明罗姆@@在@@其器件可靠性和@@稳健性方面迈出了一大步@@。

图@@6：据称罗姆@@的@@第@@@@@@@@4代@@器件@@增加了短路耐受时@@间@@，同时@@降低@@了@@Ronsp（来源@@：罗姆@@）

总之@@，罗姆@@第@@@@4代@@器件@@的@@强劲表现有力回应了对早期碳化硅@@沟槽@@器件的@@诸多批评@@。但@@这一切究竟如何实现@@？

第@@101条规则@@：保护栅极氧化层@@

下图@@为@@@@PGC对新型第@@@@@@4代@@设计的@@图@@解复制@@。图@@中并未考虑缩减间距@@，而@@是@@强调@@了栅极周围的@@变化@@。

图@@7：PGC展示的@@新型第@@@@@@4代@@罗姆@@器件@@，其中@@电场线展示如何保护栅极氧化层@@@@。

关于金氧半场效晶体管@@设计@@，尤其是@@碳化硅@@沟槽@@式金氧半场效晶体管@@的@@设计@@，主要用于在@@器件处于关断状态时@@保护栅极氧化层@@@@，阻断大电压@@。器件表面此时@@存在@@高电场@@，如果与@@栅极氧化层重合@@，会引起栅极泄漏并导致可靠性问题@@。在@@第@@@@3代@@器件@@中@@，源极沟槽@@与@@栅极沟槽@@深度相同@@，因@@而@@其下方的@@@@P+注入仅比栅极沟槽@@本身深一点@@。因@@此@@，图@@中所示@@的@@电场线@@（可以想象为@@正在@@膨胀的@@气球的@@外缘@@@@）围绕沟槽@@拐角弯曲@@，并能更轻易地与@@栅极沟槽@@的@@底部相互作用@@。

相反@@，罗姆@@的@@新型第@@@@@@4代@@器件@@的@@源极沟槽@@被注入到@@源极沟槽@@侧壁和@@底部的@@@@P+区@@域包围@@，位置更深@@。这将保护栅极的@@@@p-n结向下推入漂移区@@@@，远离其保护的@@栅极氧化物@@。如第@@@@4代@@器件@@图@@所示@@@@，峰值电场线@@（气球的@@外缘@@）远离栅极氧化物@@。

栅极保护的@@收益@@

栅极获得了更好的@@保护@@，那又怎样@@？好吧@@，假如没有采取相对的@@栅极保护措施@@，如第@@@@3代@@器件@@，则需要采取措施来确保电场永远不会达到@@足以损坏栅极的@@数值@@。因@@此@@，支持阻断电压的@@漂移区@@被过度设计@@（实际已降额@@，参见关于该主题的@@我的@@文章@@），以支持超过应用所需的@@电压@@。试着回想一下@@，可用于@@400 V电动汽车@@的@@@@650 V第@@3代@@器件@@的@@击穿电压超过了@@1200 V。虽然这确保能长期安全运行@@，但@@代@@价是@@漂移区@@的@@电阻@@随着@@它能支持的@@电压呈指数上升@@（Rdr∝ V^2.28）。

因@@此@@，通过更好地保护栅极@@，第@@4代@@器件@@需要的@@降额更少@@。我们测量的@@击穿电压为@@@@1000 V，比第@@@@3代@@降低@@了@@20%以上@@，因@@此@@漂移区@@电阻@@可能降低@@了@@40%以上@@。这似乎在@@@@TechInsights提供的@@剖面图@@中得到@@证实@@，新器件具有类似的@@漂移区@@宽度@@，尽管图@@@@7所示@@的@@深沟槽@@使其进一步变薄@@。此外@@，我们预计@@漂移区@@的@@掺杂将增加@@，从@@而@@进一步降低@@电阻@@@@。

有效的@@栅极氧化物保护也能提高可靠性@@@@。具体而@@言@@，这将解释为@@何罗姆@@建议的@@栅极氧化层短路耐受时@@间从@@最小值@@4.5 µs增加到@@@@5.5 µs。在@@短路故障期间@@，支持最高电场的@@器件区@@域通常会达到@@最高温度@@。如果该位置离栅极更远@@，则栅极烧坏的@@时@@间将随之增加@@。

另一个巧妙的@@技巧@@：是@@时@@候往碳化硅@@超结结构@@前进@@？

学术界对碳化硅@@超结结构@@的@@探讨已持续了十年@@或更长时@@间@@，最近一次由我的@@研究小组提出@@。我们利用@@7 µm深的@@沟槽@@@@，并在@@其侧壁上注入@@P，从@@而@@提出了一种@@1700 V碳化硅@@超结器件@@。

罗姆@@的@@器件不是@@超结结构@@器件@@，它们的@@@@p型内衬沟槽@@只占我们提出的@@器件的@@一小部分@@，但@@我们怀疑超结结构@@原理能在@@栅极沟槽@@下方的@@区@@域@@起作用@@。毕竟挤压在@@两个@@P柱之间的@@狭窄的@@@@n掺杂区@@会显著增加器件的@@@@JFET电阻@@。但@@我们怀疑该区@@域中的@@@@n型掺杂区@@将高于漂移区@@@@，利用超结结构@@的@@电荷平衡原理@@（下次讲解@@）在@@不破坏电场阻断能力的@@情况下增加掺杂@@。

要点和@@结论@@

公平地说@@，这个设计让我们感到@@非常兴奋@@；它似乎是@@一种发挥碳化硅@@潜力的@@沟槽@@式碳化硅@@设计@@。根据@@该设计@@，我们得知罗姆@@已经找到@@了一种方法@@，利用其深沟槽@@设计来同时@@@@：

将单元间距减少三倍@@@@，显著降低@@了沟道电阻@@@@；
保护栅极氧化物@@，提高可靠性@@，减少漂移区@@降额@@，从@@而@@降低@@其电阻@@@@；
大幅降低@@衬底电阻@@@@；
引入@@JFET区@@（负面影响@@），但@@可能通过超结结构@@@@/电荷平衡原理降低@@其影响@@。

虽然目前只有英飞凌@@和@@罗姆@@的@@沟槽@@器件可用@@，但@@博世@@（Bosch）紧随其后@@，而@@且@@其他集成器件制造商也可能效仿@@，以获取潜在@@的@@产量和@@成本优势@@。该技术的@@实效将通过普及率得到@@验证@@。我们或许可以期待更多的@@电动汽车@@原始设备制造商和@@一级供应商在@@其车载@@充电器中采用该技术@@，甚至可能在@@以平面@@器件为@@主的@@动力传动系统逆变器@@中采用该技术@@。

作者@@：

Stephen Russell （TechInsights Sr. Process Analyst_Power Devices）

Stephen Russell博士在@@宽禁带@@（WBG）器件制造和@@表征方面有超过@@15年@@的@@从@@业经验@@。他于@@2013年@@获得格拉斯哥大学电子工程博士学位@@，专业研究金刚石场效应晶体管@@，之后前往华威大学研发@@3.3 kV和@@10 kV碳化硅@@器件@@。他凭借论文@@《碳化硅@@功率金刚石场效应晶体管的@@高温电老化和@@热老化性能及应用注意事项@@》赢得@@《电气与@@电子工程师协会汇刊电力电子学卷@@》2018年@@最佳论文奖@@。自@@2018年@@进入业界以来@@@@，他领导了新型硅绝缘栅双极型晶体管@@产品@@线研发@@，并发起了一个在@@电路保护应用中使用@@碳化硅@@@@JFET的@@研发项目@@@@。他于@@2020年@@加入@@TechInsights并成为@@功率半导体器件的@@学科专家@@，同时@@持续了解整个行业的@@最新发展@@。

合著作者@@@@：

Peter Gammon（PGC）

Peter Gammon教授在@@碳化硅@@电力电子器件的@@设计@@、制造和@@测试方面拥有@@15年@@的@@工作经验@@。他不仅是@@@@PGC的@@创始人@@，还是@@@@华威大学的@@电力电子器件专业教授@@。他领导了额定电压从@@@@1200 V到@@15 kV不等的@@定制功率器件@@@@（绝缘栅双极型晶体管@@、金氧半场效晶体管@@和@@二极管@@）研发项目@@，涉及电动汽车@@@@、航天@@、工业机械和@@电网@@@@。他已发表了@@80多篇论文和@@@@3项专利@@，其工作成果已广泛应用于整个碳化硅@@行业@@。

罗姆@@的@@第@@@@@@4代@@SiC MOSFET成功应用于日立安斯泰莫@@的@@纯电动汽车@@逆变器@@@@

judy — Wed, 28 Dec 2022 02:38:01 +0000

从@@2025年@@起@@将向全球电动汽车@@供货@@，助力延长续航里程和@@系统的@@小型化@@

全球知名半导体制造商罗姆@@@@（总部位于日本京都市@@）的@@第@@@@4代@@SiC MOSFET和@@栅极驱动器@@IC已被日本先进的@@汽车@@零部件制造商日立安斯泰莫@@株式会社@@（以下简称@@“日立安斯泰莫@@”）用于其纯电动汽车@@@@（以下简称@@“EV”）的@@逆变器@@@@。

在@@全球实现无碳社会的@@努力中@@，汽车@@的@@电动化进程加速@@，在@@这种背景下@@，开发更高效@@、更小型@@、更轻量的@@电动动力总成系统已经成为@@必经之路@@。尤其是@@在@@@@EV领域@@，为@@了延长续航里程并减小车载@@电池的@@尺寸@@@@，提高发挥驱动核心作用的@@@@逆变器@@@@的@@效率已成为@@一个重要课题@@，业内对碳化硅@@功率元器件寄予厚望@@。

罗姆@@自@@@@2010年@@在@@全球率先开始量产@@SiC MOSFET以来@@，在@@SiC功率元器件技术开发方面@@，始终保持着业界先进地位@@。其中@@，新推出的@@第@@@@@@4代@@SiC MOSFET改善了短路耐受时@@间@@，并实现了业界超低@@@@的@@导通电阻@@@@。在@@车载@@逆变器@@中采用该产品@@时@@@@，与@@使用@@@@IGBT时@@相比@@@@，电耗可以减少@@6%（按国际标准@@“WLTC燃料消耗量测试@@”计算@@），非常有助于延长电动汽车@@的@@@@续航里程@@。

日立安斯泰莫@@多年@@来一直致力于汽车@@用电机和@@逆变器@@相关的@@先进技术开发@@，并且已经为@@日益普及的@@@@EV提供了大量的@@产品@@@@@@，在@@该领域@@拥有骄人的@@市场业绩@@。此次@@，为@@了进一步提高逆变器@@的@@性能@@，日立安斯泰莫@@首次在@@主驱逆变器@@的@@电路中采用了@@SiC功率器件@@，并计划从@@@@2025年@@起@@，依次向包括日本汽车@@制造商在@@内的@@全球汽车@@制造商供应相应的@@逆变器@@@@产品@@@@。

未来@@，罗姆@@将作为@@@@SiC功率元器件的@@领军企业@@，不断壮大产品@@阵容@@@@，并结合@@能够更大限度地激发元器件性能的@@控制@@IC等外围元器件技术优势@@，持续提供有助于汽车@@技术创新@@的@@电源解决方案@@。

关于日立安斯泰莫@@@@

日立安斯泰莫@@通过由动力总成系统和@@安全系统业务@@、底盘业务@@、摩托车业务@@、软件业务以及@@售后市场业务组成的@@战略业务组合@@，致力于不断增强业务和@@技术创新@@能力@@。公司秉承以@@“绿色@@”、“数字化@@”、“创新@@”为@@核心的@@发展目标@@，通过可以减少废气排放的@@高效内燃机系统和@@电动系统@@，助力改善地球环境@@，并通过自@@动驾驶@@、先进驾驶辅助系统以及@@先进底盘系统@@，助力提升出行的@@安全性和@@舒适性@@。通过提供先进的@@移动出行方案@@，为@@实现可持续发展的@@社会和@@提高客户的@@企业价值做贡献@@。

罗姆@@发布肖特基二极管@@白皮书@@，助力汽车@@@@、工业和@@消费电子设备实现小型化和@@更低@@损耗@@@@！

judy — Tue, 08 Nov 2022 07:04:49 +0000

1. 前言@@

近年@@来@@，随着@@电动汽车@@的@@@@加速以及@@物联网@@在@@工业设备@@、消费电子设备领域@@的@@普及@@，应用产品@@中搭载的@@半导体数量@@也与@@日俱增@@。其中@@，中等耐压@@的@@二极管@@因@@其能有效整流和@@保护电路@@，而@@被广泛应用在@@从@@手机到@@电动汽车@@动力总成系统等各种电路和@@领域@@中@@，半导体厂商罗姆@@在@@这些领域@@中已经拥有骄人业绩@@（图@@1）。

图@@1. 罗姆@@在@@整流二极管和@@功率二极管领域@@的@@市场份额@@

VF（正向电压@@）和@@IR（反向电流@@）是@@二极管的@@重要性能指标@@，它们分别会影响到@@正向施加时@@的@@功率损耗和@@反向施加时@@的@@功率损耗@@。“理想的@@二极管@@@@”是@@VF和@@IR为@@0的@@二极管@@，也就是@@进行整流和@@开关工作时@@完全没有功率损耗的@@二极管@@@@。另外@@，VF和@@IR之间通常存在@@权衡关系@@，因@@此@@很难同时@@改善@@。而@@且@@，在@@实际的@@二极管@@中@@，当在@@开关工作期间关断二极管时@@@@，会产生一些功率损耗@@（因@@为@@电流在@@@@trr时@@段内会反向流动@@）。

肖特基势垒二极管@@（以下简称@@“SBD”）的@@VF和@@trr低@@于其他类型的@@二极管@@@@，因@@此@@在@@整流电路和@@开关电路中使用@@这种二极管可以实现低@@损耗@@，然而@@@@由于其@@IR较大@@，存在@@发热量大于散热量@@，最终发生热失控而@@造成损坏的@@风险@@。（图@@2）

图@@2. 在@@开关期间@@SBD和@@整流二极管的@@@@VF、IR比较@@

针对这种情况@@，罗姆@@开发出丰富的@@@@SBD系列@@产品@@群@@，客户可根据@@各种应用的@@@@需求@@（强调@@VF还是@@@@IR）选用产品@@@@。另外@@，还推出了更接近@@“理想二极管@@”的@@新系列@@产品@@@@，新产品@@@@不仅同时@@改善了本来存在@@权衡关系的@@@@VF和@@IR特性@@，还实现了@@SBD业内超高等级的@@@@trr特性@@。本文将概括介绍罗姆@@在@@@@SBD领域@@的@@行动以及@@罗姆@@各系列@@@@SBD产品@@的@@特点@@。
（有关@@SBD的@@详细技术文档@@，请参阅以下文章@@。）
车载@@用肖特基二极管@@小型高散热封装@@@@[PMDE]的@@优越性@@
车载@@小型高效肖特基势垒二极管@@@@“RBLQ系列@@”的@@优势@@

2. SBD需要具备的@@性能及其发展趋势@@

图@@3为@@SBD产品@@相关的@@市场情况示例@@，展示了一辆汽车@@中搭载的@@@@ECU数量@@。随着@@ADAS（高级驾驶辅助系统@@）和@@自@@动驾驶技术的@@发展@@，一辆汽车@@中所搭载的@@@@ECU数量@@与@@日俱增@@，其中@@所用的@@@@二极管@@数量@@也在@@持续增加@@，预计@@未来@@还会继续增加@@。由于汽车@@无法提供超出其电池和@@发电机能力的@@电力@@，因@@此@@制造商需要低@@损耗@@（低@@VF）的@@二极管@@，并且越来越多地采用@@VF和@@trr特性@@优异的@@@@SBD。而@@另一方面@@，燃油车的@@引擎@@外围电路@@、以及@@xEV的@@电池和@@电机外围电路是@@在@@高温环境中工作的@@@@，因@@此@@IR高的@@@@SBD的@@热失控风险成为@@直接关系到@@可靠性的@@重大课题@@。因@@此@@，在@@选择@@SBD时@@，关键在@@于如何在@@@@VF和@@IR之间取得平衡@@。

图@@3. 一辆汽车@@所搭载的@@@@ECU数量@@演变@@（罗姆@@调查数据@@）

在@@消费电子设备中@@，随着@@应用产品@@的@@功能越来越多@@，电路板密度也变得越来越高@@，甚至密度超过车载@@设备@@，因@@此@@需要更小型@@和@@超低@@@@损耗@@（超低@@@@VF）的@@SBD。另外@@，在@@工业设备应用中@@，其对高可靠性的@@要求与@@车载@@应用相同@@，而@@且@@由于应用产品@@的@@机型寿命较长@@，因@@此@@长期稳定供应也很重要@@。综上所述@@，身为@@通用器件的@@@@SBD，在@@不同的@@领域@@和@@应用中@@，其发展趋势大不相同@@，制造商在@@其产品@@开发过程中@@，要求一些存在@@权衡关系@@（例如@@更低@@损耗@@和@@更高可靠性@@、更小型@@和@@更大电流@@@@）的@@特性@@同等出色@@。为@@了满足如此广泛的@@需求@@，罗姆@@不断推动相应产品@@的@@开发@@，并建立了以垂直统合型生产体系为@@中心的@@长期稳定供应体系@@。在@@下一节中@@，将具体介绍罗姆@@的@@@@SBD产品@@阵容@@。

3. 罗姆@@ SBD系列@@产品@@阵容@@@@

罗姆@@最新的@@@@@@SBD产品@@有@@5个系列@@@@，客户可以根据@@对@@VF和@@IR的@@不同重视程度@@，从@@丰富的@@产品@@@@阵容@@@@中选择合适的@@产品@@@@@@（图@@4）。另外@@，每个系列@@@@都有丰富的@@封装@@阵容@@@@，客户还可以根据@@应用产品@@的@@性能要求选择小型封装@@@@（图@@5）。下页将对每种产品@@的@@特点@@分别展开介绍@@。

图@@4. 系列@@产品@@阵容@@@@

图@@5. 封装@@阵容@@

3-1.RBS系列@@　超低@@@@VF（耐压@@：20V）

该系列@@的@@@@@@VF最低@@@@，在@@主要用于正向电路中的@@损耗可大幅降低@@@@，非常适用于智能手机等使用@@电池低@@电压驱动的@@移动设备中的@@整流应用@@@@。
目标应用@@：笔记本电脑@@、移动设备等@@

3-2.RBR系列@@　低@@VF（耐压@@：30V／40V／60V）

该系列@@为@@通用型产品@@@@，与@@相同尺寸@@的@@罗姆@@以往产品@@相比@@@@，VF特性@@降低@@约@@@@25%。在@@车载@@应用中@@，正向损耗非常少@@，因@@此@@作为@@要求更高效率的@@汽车@@信息娱乐系统和@@车载@@@@LED灯@@等的@@保护二极管@@，非常受欢迎@@。2021年@@8月@@，封装@@阵容@@中又新增了车载@@用超小型@@PMDE封装@@，可满足市场对更小封装@@的@@需求@@。
目标应用@@：车载@@信息娱乐系统@@、车载@@LED灯@@、车载@@ECU、笔记本电脑@@等@@

3-3.RBQ系列@@　低@@IR（耐压@@：45V／65V／100V）

该系列@@利用罗姆@@自@@@@有的@@势垒形成技术@@，在@@VF特性@@与@@@@IR特性@@之间取得了良好的@@平衡@@。与@@罗姆@@以往产品@@相比@@@@，其反向功率损耗降低@@了@@60%，因@@此@@可以降低@@热失控风险@@@@，非常适用于需要在@@高温环境下运行的@@@@引擎@@@@ECU整流应用@@、高输出功率@@LED前照灯@@@@的@@保护应用@@、以及@@大电流工业设备电源@@等@@应用@@。
目标应用@@：xEV、引擎@@ECU、高输出功率@@LED前照灯@@@@、工业设备电源@@等@@

3-4.RBxx8系列@@　超低@@@@IR（耐压@@：30V／40V／60V／100V／150V／200V）

该系列@@产品@@具有超低@@@@@@IR，可以降低@@热失控风险@@，非常适用于需要在@@高温环境下运行的@@@@xEV电池和@@电机相关@@ECU、以及@@燃油车引擎@@@@ECU和@@变速箱@@ECU等的@@整流应用@@@@。该系列@@支持耐压@@高达@@200V，可以替换通常在@@这个耐压@@范围使用@@的@@整流二极管和@@快速恢复二极管@@，并可以大幅降低@@@@VF（与@@FRD相比@@，降低@@约@@11%），还有@@助于降低@@上述车载@@应用中的@@功耗@@。
目标应用@@：xEV电池管理系统@@、引擎@@ECU、工业设备逆变器@@等@@

4. 新产品@@@@：RBLQ/RLQ系列@@

RBLQ系列@@和@@RLQ系列@@新产品@@@@通过采用新技术和@@罗姆@@自@@@@有的@@沟槽@@@@MOS结构@@，与@@以往的@@平面@@结构@@产品@@相比@@@@，实现了更低@@的@@@@VF和@@IR。在@@采用普通沟槽@@@@MOS结构@@的@@产品@@@@中@@，由于结构@@上的@@原因@@@@，trr表现容易变差@@，而@@新产品@@@@两个系列@@@@的@@@@@@trr特性@@都得到@@了提升@@，并达到@@了与@@以往的@@平面@@结构@@产品@@同等级别@@（业界超高等级@@）。由于不容易发生热失控@@，并且可以降低@@开关损耗@@，因@@此@@新产品@@@@非常适用于用容易发热的@@车载@@@@LED前照灯@@@@驱动电路@@，以及@@xEV用的@@@@DC-DC转换器@@等需要进行高速开关的@@应用@@。
目标应用@@：车载@@LED前照灯@@@@、xEV DC-DC转换器@@、工业设备电源@@、照明等@@

4-1.与@@以往产品@@相比@@@@，VF和@@IR均得到@@改善@@

RBLQ系列@@和@@@@RLQ系列@@采用罗姆@@自@@@@有的@@沟槽@@@@MOS结构@@，与@@耐压@@和@@耐受电流同等的@@以往产品@@相比@@@@，VF降低@@了约@@15%，可以降低@@在@@整流应用@@等正向使用@@时@@的@@功率损耗@@。此外@@，与@@以往的@@平面@@结构@@产品@@相比@@@@，IR也降低@@了约@@@@60%，这可以大大降低@@@@SBD最让人担心的@@热失控风险@@，从@@而@@使产品@@也可以用在@@温度条件等非常严苛的@@车载@@应用中@@（图@@6)。

图@@6. SBD沟槽@@MOS结构@@

4-2.实现业内超短的@@@@trr

在@@普通沟槽@@@@MOS结构@@中@@，寄生电容@@（元器件中的@@电阻@@分量@@）较大@@，因@@此@@trr要比平面@@结构@@差@@。而@@RBLQ系列@@和@@@@RLQ系列@@新产品@@@@不仅降低@@了@@VF和@@IR，而@@且@@还利用自@@有技术@@，通过优化材料@@，实现了与@@平面@@结构@@同等的@@@@trr特性@@。例如@@，从@@图@@@@7中可以看到@@使用@@@@LED前照灯@@@@评估板进行装机评估时@@的@@开关损耗比较@@情况@@。在@@开关过程中@@，因@@VF和@@trr引起的@@损耗比例比较@@高@@，但@@RBLQ系列@@和@@@@RLQ系列@@的@@@@trr损耗降低@@了约@@@@37%，VF也同时@@降低@@@@，因@@此@@开关总损耗降低@@达@@26%，这将有助于降低@@车载@@@@LED前照灯@@@@驱动电路@@、以及@@xEV用的@@@@DC-DC转换器@@等需要进行高速开关的@@应用@@产品@@功耗@@。

图@@7. 实际装机进行开关时@@的@@损耗比较@@@@

5. 未来@@计划@@

随着@@消费电子领域@@家电的@@多功能化@@，以及@@在@@车载@@设备中用来实现自@@动驾驶的@@各种传感器模块等各领域@@应用的@@@@发展@@，预计@@未来@@应用产品@@中搭载的@@二极管@@数量@@将会继续增加@@。另外@@，在@@工业设备和@@@@xEV等车载@@设备领域@@@@，由于电机性能日益提高@@，预计@@电路中的@@电流也会越来越大@@，因@@此@@需要继续增强大电流产品@@阵容@@@@。罗姆@@为@@了满足更小型@@@@、更大电流@@、更低@@损耗@@、更高性能等诸多难以同时@@实现的@@需求@@，一直在@@推进超越需求的@@开发@@。例如@@，作为@@小型且支持大电流的@@封装@@@@，罗姆@@计划增强@@TO-277封装@@（6.5mm×4.6mm尺寸@@）的@@产品@@@@阵容@@@@，并且已经开始了部分产品@@的@@量产@@。还有@@，预计@@200V耐压@@产品@@在@@@@xEV车载@@逆变器@@和@@车载@@充电器等应用中的@@需求将会迅速增加@@，因@@此@@罗姆@@已经在@@开发@@200V耐压@@的@@新产品@@@@@@，并计划在@@@@2022年@@内投入市场@@。未来@@，罗姆@@将继续扩充产品@@阵容@@@@，满足市场多样化的@@需求@@，并为@@日新月@@异的@@下一代@@车载@@应用实现更高性能@@、更多功能和@@更低@@功耗贡献力量@@。

成功实现功率器件@@热设计@@的@@@@4大步骤@@@@

judy — Wed, 20 Apr 2022 06:04:08 +0000

铁路@@、汽车@@、基础设施@@、家电等电力电子一直在@@与@@我们息息相关的@@生活中支持着我们@@。为@@节省能源和@@降低@@含碳量@@（实现脱碳@@），需要高度高效的@@电力电子技术@@。IGBT、SiC、GaN 等次时@@代@@功率器件@@的@@存在@@是@@实现这一目标的@@重要一环@@，但@@一旦使用@@不当则会导致意想不到@@的@@不良或降低@@可靠性@@，严重时@@可能会因@@为@@市场不良导致召回@@。其中@@尤为@@重要的@@是@@直接影响可靠性的@@热设计@@@@。一旦发生问题@@，则可能会需要重新进行器件选型@@，修改基板布局@@，重新进行散热设计@@等@@，从@@而@@导致返工工时@@以及@@成本的@@增加@@。为@@此@@，罗姆@@准备了一系列@@的@@@@应用笔记@@，汇总了与@@热设计@@相关的@@信息@@，将有助于提高设备可靠性@@，减少设计返工@@。本白皮书将介绍其中@@的@@部分应用笔记@@。

应用笔记是@@汇总了用户开发流程各阶段所需的@@技术信息的@@文档@@，从@@基础到@@实践性内容全方位支持客户@@。在@@此@@，将分@@ 4 大步骤@@@@介绍为@@成功进行热设计@@所准备的@@应用笔记@@。
步骤@@ 1 学习热设计@@的@@基础@@
步骤@@ 2 了解所使用@@元器件的@@热特性@@@@
步骤@@ 3 活用热仿真@@
步骤@@ 4 正确进行热测量@@

成功实现功率器件@@热设计@@的@@@@4大步骤@@@@

电子创新@@@@188足彩外围@@app 网@@ - 罗姆@@半导体@@ - 188足彩网

罗姆@@（ROHM）第@@4代@@：技术回顾@@

罗姆@@的@@第@@@@@@4代@@SiC MOSFET成功应用于日立安斯泰莫@@的@@纯电动汽车@@逆变器@@@@

罗姆@@发布肖特基二极管@@白皮书@@， 助力汽车@@@@、工业和@@消费电子设备实现小型化和@@更低@@损耗@@@@！

1. 前言@@

2. SBD需要具备的@@性能及其发展趋势@@

3. 罗姆@@ SBD系列@@产品@@阵容@@@@

3-1.RBS系列@@ 超低@@@@VF（耐压@@：20V）

3-2.RBR系列@@ 低@@VF（耐压@@：30V／40V／60V）

3-3.RBQ系列@@ 低@@IR（耐压@@：45V／65V／100V）

3-4.RBxx8系列@@ 超低@@@@IR（耐压@@：30V／40V／60V／100V／150V／200V）

4. 新产品@@@@：RBLQ/RLQ系列@@

4-1.与@@以往产品@@相比@@@@，VF和@@IR均得到@@改善@@

4-2.实现业内超短的@@@@trr

5. 未来@@计划@@

成功实现功率器件@@热设计@@的@@@@4大步骤@@@@

罗姆@@发布肖特基二极管@@白皮书@@，助力汽车@@@@、工业和@@消费电子设备实现小型化和@@更低@@损耗@@@@！

3-1.RBS系列@@　超低@@@@VF（耐压@@：20V）

3-2.RBR系列@@　低@@VF（耐压@@：30V／40V／60V）

3-3.RBQ系列@@　低@@IR（耐压@@：45V／65V／100V）

3-4.RBxx8系列@@　超低@@@@IR（耐压@@：30V／40V／60V／100V／150V／200V）