-解决了 GaN器件的栅极耐压问题,为基站、数据中心等领域提供了低功耗、小尺寸的电源～

世界著名半导体制造商 ROHM (总部设在日本京都市)针对各种不同的电源线路,以工业设备和通信设备为主导,开发了针对150 V耐压 GaN HEMT*1 (以下简称" GaN器件")的高达8 V栅极耐压(栅极-源极间额定电压)*2技术。

近几年来,随着 IoT设备需求的不断增长,功率转换效率的提高和设备小型化已成为社会关注的重要问题之一,而这对功率器件的发展提出了更高的要求。

ROHM一直在大力推动行业内先进的 SiC元件及各种硅元件的发展及量产,并在中压范围内开发具有卓越高频工作能力的硅基元件。本次, ROHM针对已有的 GaN器件进行了长期研究,开发了能够提高栅极-源极间额定电压的技术,可为多种应用提供更广泛的电源方案。

由于 GaN器件具有比硅器件更低的导通电阻值和更高的高速开关性能,因此作为有助于降低各种开关电源功耗、实现小型化的器件,在基站和数据中心等领域有着较高的应用前景。但是由于 GaN器件的栅源极间额定电压较低,在开关工作过程中可能出现超过额定电压的过冲现象,因此产品的可靠性一直是个难题。

基于此, ROHM利用自身的结构,成功地将栅极-源极间额定电压由常规的6 V提高到8 V,这将有助于提高电源电路的设计余量和可靠性,而采用高效的栅极器件有利于提高电路的可靠性。另外,配合本技术,研制出了一种专用封装,利用该封装,不但能降低寄生电感,更好地发挥器件的性能,而且能使产品更容易安装在电路板上,具有更好的散热性能,从而可使现有硅器件的更换和安装工序更加简便。

今后, ROHM将加快 GaN器件的发展,使用该技术的 GaN器件有望在2021年9月开始提供产品样品。

<开发中的GaN器件的特点>

ROHM即将推出的目前正在开发中的GaN器件具有以下特点:

1. 采用ROHM自有结构,将栅极-源极间额定电压提高至8V

普通的耐压200V以下的GaN器件的栅极驱动电压为5V,而其栅极-源极间额定电压为6V,其电压裕度非常小,只有1V。一旦超过器件的额定电压,就可能会发生劣化和损坏等可靠性方面的问题,这就需要对栅极驱动电压进行高精度的控制,因此,这已成为阻碍GaN器件普及的重大瓶颈问题。

针对这种课题,ROHM通过采用自有的结构,成功地将栅极-源极间的额定电压从常规的6V提高到了业内超高的8V。这使器件工作时的电压裕度达到普通产品的三倍,在开关工作过程中即使产生了超过6V的过冲电压,器件也不会劣化,从而有助于提高电源电路的可靠性。

2. 采用在电路板上易于安装且具有出色散热性的封装

该GaN器件所采用的封装形式,具有出色的散热性能且通用性非常好,在可靠性和可安装性方面已拥有可靠的实际应用记录,因此,将使现有硅器件的替换工作和安装工序中的操作更加容易。此外,通过采用铜片键合封装技术,使寄生电感值相比以往封装降低了55%,从而在设计可能会高频工作的电路时,可以更大程度地发挥出器件的性能。

3. 与硅器件相比,开关损耗降低了65%

该GaN器件不仅提高了栅极-源极间额定电压并采用了低电感封装,还能够更大程度地发挥出器件的性能,与硅器件相比,开关损耗可降低约65%。

<应用示例>

・数据中心和基站等的48V输入降压转换器电路

・基站功率放大器单元的升压转换器电路

・D类音频放大器

・LiDAR驱动电路、便携式设备的无线充电电路

<术语解说>

*1) GaN HEMT

GaN(氮化镓)是一种用于新一代功率元器件的化合物半导体材料。与普通的半导体材料硅相比,具有更优异的物理性能,目前利用其高频特性的应用已经开始增加。

HEMT是High Electron Mobility Transistor(高电子迁移率晶体管)的英文首字母缩写。

*2) 栅极-源极间额定电压(栅极耐压)

可以在栅极和源极之间施加的最大电压。

工作所需的电压称为“驱动电压”,当施加了高于特定阈值的电压时,GaN HEMT将处于被动工作状态。