【導讀】半導體功率元器件在功率轉換當中是重要的一環，由于其對所有電子設備的節能化都有著巨大的貢獻，因此半導體功率元器件在未來的技術發展動向受到了業界的廣泛關注。
ROHM針對這種節能化要求日益高漲的歷史潮流，致力將在使分立半導體、IC的開發與制造過程中積累起來的技術得到進一步發展的功率元器件產品的陣容壯大。其中，在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）產品領域，正在實施產品擴充戰略，并遙遙領先于業界。另外，充分發揮綜合半導體產品制造商的優勢，在傳統的硅半導體產品領域，也在不斷擴大與控制IC相結合的復合型產品群。下面介紹ROHM最新的功率元器件。
碳化硅（SiC）半導體產品
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。如今已在工業、車載、鐵路、家庭等眾多應用中被廣為采用與研究，為設備的節能化做著貢獻。
ROHM的碳化硅（SiC）半導體產品
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。
SiC肖特基二極管：具有低開關損耗、低正向電壓特性的產品（圖1）。在高效電源等設備中應用廣泛。ROHM擁有滿足AEC-Q101標準的分立產品陣容，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1.SiC肖特基二極管與硅材質FRD特性比較（650V/10A級）
SiC-MOSFET：耐壓超過1000V的MOSFET元器件，采用硅半導體很難創造出導通損耗足夠低的器件，但通過碳化硅（SiC）半導體則可以實現。另外，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的開關損耗僅為1/5左右，因此，在驅動頻率越來越高的設備小型化（過濾器、冷卻機構）和功率轉換效率的提升等方面有望獲得顯著效果。（圖2）。
圖2. 普通Si-IGBT和ROHM的SiC-MOSFET的開關損耗比較
SiC功率模塊：ROHM實現了功率元件全部由SiC功率元件構成的“全SiC”功率模塊的量產（圖3）。
圖3. SiC功率模塊的外觀
實現了更大電流的1200V/300A“全SiC”功率模塊
ROHM已于2012年實現了1200V/120A、180A產品的量產。并于2015年6月開始將1200V/300A新產品投入量產。
為充分發揮SiC功率元器件的高速開關性能，使模塊內部的電感更低是在實現更大電流規格方面非常重要的技術。ROHM通過優化內置SiC元件的配置及內部格局，開發出內部電感比已經量產中產品（120A、180A）降低約一半的模塊，成功開發出額定電流300A的產品。
與同等額定電流的IGBT模塊相比，開關損耗可降低77%。使用本產品可大幅降低開關損耗，從而實現設備中的冷卻機構的小型化。不僅如此，還適用高頻驅動，例如在30kHz的開關頻率下使用功率模塊時，與IGBT模塊相比，導通損耗和開關損耗合計共可降低約60%（圖4）。
通過更高頻率的開關動作，還可實現線圈和電容器等周邊元器件的小型化。不僅有助于設備的節能化，還有助于實現進一步小型化。
圖4. ROHM新產品與普通IGBT模塊的損耗比較
采用溝槽結構的SiC-MOSFET產品
與現有量產中的SiC-MOSFET相比，同一芯片尺寸的導通損耗更低（導通電阻降低約50%），同時實現了更高的開關性能（輸入電容降低約35%）（圖5）。
圖5. 溝槽結構SiC-MOSFET的導通電阻、輸入電容特性
溝槽結構因在SiC-MOSFET中采用，可有效降低導通電阻而備受關注。但為了確保元器件的長期可靠性，需要設計能夠緩和Gate Trench部分（通過有無施加電壓來控制MOSFET元件的開關ON/OFF的部位）產生的電場的結構。因為當僅在Gate Trench部位采用溝槽結構時，Gate Trench結構底部電場集中，很難確保元器件的可靠性。ROHM通過采用獨創的結構，緩和了Gate Trench結構底部的電場集中現象，從而成功實現了采用溝槽結構的SiC-MOSFET的量產（圖6）。
圖6. ROHM的溝槽結構SiC-MOSFET元件結構
ROHM首先實現了采用量產中的溝槽結構SiC-MOSFET元件的“全SiC”功率模塊的產品化。該產品的額定電壓為1200V，額定電流為180A，內部電路為半橋配置。與同等額定水平的Si-IGBT功率模塊產品相比，其顯著優勢當然不必言說，即使與量產中的1200V/180A的SiC-MOSFET模塊相比，其開關損耗也大幅降低（圖7）。
圖7. 開關損耗比較
今后，ROHM計劃開發分立封裝的額定電壓650V、1200V的產品，并繼續擴充更大額定電流的產品群。
ROHM的智能功率模塊產品
與因元器件的特性優勢而備受矚目的SiC功率元器件相比，在價格方面更具優勢的硅材質功率元器件產品的市場規模依然很大。ROHM也在致力于使用硅材質半導體的功率元器件開發。不僅不斷完善IGBT和MOSFET等分立半導體、IC的產品群，還在不斷擴充功率元件和控制IC相結合的復合型產品陣容等，積極發揮綜合半導體元器件制造商的綜合實力優勢，使產品陣容不斷壯大。下面簡單介紹一下相關產品。
IGBT智能功率模塊（IGBT-IPM）
為降低功耗，眾多電機應用中均實現了設備的變頻化。這些變頻設備中廣為采用的產品是將IGBT功率元件、控制它們的IC以及外圍電路1體化封裝的功率模塊產品（IPM：智能功率模塊）。ROHM的IGBT-IPM產品搭載自產的硅材質IGBT元器件，并已投入量產（圖8）。
圖8. ROHM的IGBT-IPM（MOS-IPM）結構
MOS智能功率模塊（MOS-IPM）
近年來，在白色家電領域，節能趨勢尤為顯著。產品傾向于采用更接近實際使用情況的能效標識APF（Annual Performance Factor），不再僅僅關注功率負載較大的設備啟動時和額定條件下的節能，要求在負載較小的正常運轉時更節能的趨勢日益高漲。
ROHM 不僅實現了IGBT-IPM的量產，還開發出搭載自產的低導通電阻“PrestoMOS”、并融入獨有的IC控制技術的MOS-IPM產品，并已于2015年8月投入量產。
采用可支持大電流的PrestoMOS
一般MOSFET具有在高速開關條件下和低電流范圍內的導通損耗較低的優勢，以及降低設備正常運轉時的功耗的效果。ROHM通過采用自產PrestoMOS，不僅達到了以往的MOSFET很難實現的可支持更大電流的功效，更大大降低導通損耗，實現了IPM的產品化。
采用ROHM獨有的電路技術的柵極驅動器IC
ROHM通過采用獨有的柵極驅動電路，進一步實現了IPM產品的高效化。例如，通過導入可防止高電壓條件下高速開關動作容易產生的MOSFET誤動作的電路，實現高速開關動作，以降低開關損耗。另外，考慮到開關時產生的噪音，優化了開關損耗和噪音的平衡關系，從而實現了可最大限度充分發揮PrestoMOS性能的柵極驅動。
由于具備這些特點，在低電流工作條件下，ROHM生產的MOS-IPM產品與IGBT-IPM產品相比，損耗大幅降低。通過業界頂級的低功耗，為整個應用的進一步節能做出貢獻（圖9）。
圖9. 普通IGBT-IPM與ROHM的MOS-IPM的損耗比較
為了進一步實現節能化，ROHM在已經實際應用的SiC功率元器件領域，進一步推進技術革新。另外，在硅材質半導體領域，也將不斷完善產品陣容，同時，積極拓展包括控制IC在內的復合型產品群。
今后，ROHM將繼續致力于推進在節能方面為社會貢獻力量的元器件開發。
