罗姆:持续创新和扩充 推动GaN器件应用提速

来源:爱集微 #罗姆# #GaN#
1w

作为第三代半导体的双雄,氮化镓(GaN)相对于碳化硅(SiC)在高耐压和大工作电流方面的优势也不逞多让,有望在100-600V中等耐压范围内,凭借出色的击穿场强和电子饱和速度,实现低导通电阻和高速开关性能。

因而GaN在要求小型化、低功耗的5G和PD快充适配器等领域打开局面之后,围绕一次电源如服务器、适配器、普通电源市场以及EV、工控等应用需求也在释放。随着技术的进步和应用领域的不断拓展,GaN的市场规模也在持续扩大。据Yole Group预测,从2022年到2028年,GaN功率器件市场将以49%的复合年增长率快速增长,市值将从2022年的1.849亿美元增长至20.4亿美元。

而上述应用的拓展对GaN也提出了更高要求。罗姆半导体(北京)有限公司技术中心总经理水原德健介绍,除了消费领域,工业和数据中心应用已成为GaN增长的催化剂。在这些应用中,节能化、小型化、轻型化将是GaN的发展趋势。

着眼于此,罗姆基于多年积累的丰富半导体生产工艺技术,罗姆开发了颠覆传统的GaN品牌——EcoGaN™系列产品,并在持续创新,旨在进一步实现应用的节能和小型化。

全面发力 EcoGaN™系列产品出新

追溯罗姆的布局,其实早在2006年,罗姆就开始研发GaN产品,可谓行业先行者。

近几年随着市场热度升温,罗姆也在全面发力。众所周知,GaN HEMT的稳定可靠对于GaN器件的全面推广至关重要,而基于GaN-on-Si衬底的高质量制造技术是生长GaN外延层的关键。罗姆凭借其多年来为量产可靠的LED产品开发的基本外延和生长技术,罗姆将其应用于GaN HEMT,为需要长期可靠性的市场提供稳定的供应。

历经20年左右的持续研发,2021年,罗姆确立了8V栅极-源极额定电压技术的150V GaN器件技术。2022年,罗姆将有助于应用产品的节能和小型化的GaN器件命名为EcoGaN系列,持续致力于进一步提高器件的性能。

据介绍,罗姆EcoGaN不仅包括GaN HEMT单品,搭载GaN的、内置控制器的IC也包含其中。2022年,罗姆首次量产第一代EcoGaN系列150V耐压的GaN HEMT。面对客户的新需求,罗姆还潜心开发,凭借其独特的结构,成功地将栅极-源极额定电压从普通GaN产品的6V提高到8V,提升了GaN器件电源电路的设计裕度和可靠性。2023年4月,罗姆又量产了650V耐压GaN HEMT,这也意味着罗姆至此可同时提供150V和650V 两大GaN分立器件系列。

此外,罗姆不仅致力于元器件的开发,还与业内相关企业积极构建战略合作伙伴关系,并推动联合开发,多路并进取得了卓越的成效。

在内外合力之下,EcoGaN™系列产品有助于进一步降低应用产品的功耗,实现外围元器件的小型化,减少设计工时和元器件数量等,助力应用产品进一步节能和小型化。

应对挑战 三大方向展开创新

为了充分提高GaN HEMT的低损耗和高速开关性能,使器件应用更加稳定可靠, 罗姆不仅注重提高GaN HEMT单体的性能,还不断改进驱动技术和控制技术,让GaN器件在各种应用中进一步普及。

值得一提的是,罗姆在功率半导体以及模拟电源技术领域均深耕多年,通过集结创新,可更全面激发GaN器件性能。

整体而言,罗姆的创新重心围绕三大方向展开。

水原德健提到,与Si MOSFET相比,GaN HEMT的栅极处理很难,必须与驱动栅极用的驱动器结合使用。罗姆结合所擅长的功率和模拟两种核心技术优势,开发出集栅极驱动器和GaN于一体的Power Stage IC。

在分析650V EcoGaN(GaN HEMT)Power Stage IC的优势时,水原德健指出,通过将IC用作Power Stage电路,可轻松安装GaN器件;支持更宽的驱动电压范围(2.5V~30V),拥有支持一次侧电源各种控制器IC的性能,因此可以替换现有的Si MOSFET;与Si MOSFET相比,器件体积可减少约99%,功率损耗可降低约55%,因此可同时实现更低损耗和更小体积。

“罗姆计划2024年量产搭载伪谐振AC-DC电路或功率因数改善电路、以及搭载半桥电路等产品。”水原德健进一步强调。

在推出支持高速开关的GaN器件的同时,罗姆还通过栅极驱动器与GaN的结合,开发出可更大程度地激发出GaN器件性能的超高速驱动栅极驱动器IC“BD2311NVX-LB”,实现了纳秒(ns)量级的栅极驱动速度,从而使GaN器件可实现高速开关。通过最小栅极输入脉宽为1.25纳秒的高速开关,助力应用产品实现小型化、进一步节能和更高性能。

随着提高控制IC(负责GaN器件的驱动控制)的速度成为客户关注的重点话题,为此罗姆进一步改进了在电源IC领域确立的超高速脉冲控制技术“Nano Pulse Control”,将DC-DC控制器与GaN器件相结合,成功地将控制脉冲宽度从以往的9ns缩短到2ns的业界超高水平,并通过与GaN HEMT组合实现了高速开关。

采用该技术的DC-DC控制器IC(开发中)和EcoGaN电源电路比普通产品的安装面积减少了86%,适用于基站、数据中心、FA设备和无人机等众多领域。

持续精进 GaN和GaN双路并进

在全面创新让GaN产品应用多点开花之后,为推进GaN性能的进一步提高和阵容扩充,罗姆也立足于未来持续精进。

水原德健提到,罗姆将持续推进用于驱动GaN HEMT的、内置控制器的器件和模块的开发,进一步加强电源解决方案,包括具有低导通电阻和高速开关性能的产品——150V耐压产品(第二/三代);内置驱动器和控制器的GaN模块;650V耐压的新封装(TOLL封装)产品等。

在产品扩充层面,水原德健介绍未来两年将陆续量产将GaN HEMT、栅极驱动IC、控制IC集成在同一封装的产品,着力为客户提供各种形式的EcoGaN解决方案,推进在应用中更加便捷地搭载GaN器件。

从行业趋势来看,随着瑞萨电子在前不久宣布完成对GaN厂商Transphorm的收购,可以看到目前国际主流芯片大厂在宽禁带(WBG)半导体器件布局上均采取了“双管齐下”的策略,即同时押注SiC和GaN。

罗姆除在GaN领域持续深耕之外,在SiC市场也在加大投入力度。水原德健分享道,为保证高品质、稳定供给和提升竞争力,罗姆在SiC领域构筑了从材料到封装的IDM(垂直整合型)生产体制。同时,致力于三大层面提升:创新开发先进的低导通电阻技术;增加晶圆直径,提高生产效率,2023年旗下全资子公司SiCrystal实现了8英寸SiC晶圆生产;增加元件尺寸,支持高输出的逆变器等层面持续提升竞争力。

围绕SiC市场,罗姆的销售目标是在2025年度大于1100亿日元的销售额。预计2024-2026三个年度,有近9000亿日元的市场待开拓。为了实现这样的目标,罗姆正不断进行SiC方面的投资,预计2021-2025这五年投入1700-2200亿日元。

凭借在GaN和SiC的多年积累和全产业链创新,未来的GaN和SiC江湖征战,罗姆仍将持续书写浓墨重彩的故事。

责编: 陈兴华
来源:爱集微 #罗姆# #GaN#
THE END

*此内容为集微网原创,著作权归集微网所有,爱集微,爱原创

关闭
加载

PDF 加载中...