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ROHM
2021/04/14

ROHM成功提升150V GaN HEMT閘極耐壓至8V,有助降低基地台和資料中心電源功耗及裝置小型化

150V GaN

半導體製造商ROHM(總公司:日本京都市)針對工控裝置和通訊裝置等電源電路,將150V GaN HEMT*1(以下稱為 GaN元件)的閘極耐壓(閘極-源極額定電壓)*2提升至8V。

近年來在伺服器系統等設備中,由於IoT裝置的需求日益增長,功率轉換效率的提升和裝置小型化已經成為重要的課題之一。

一直以來,ROHM持續研發與量產領先業界的SiC元件和其他具有優勢的矽元件,以及在中等耐壓範圍具出色高頻工作性能的GaN元件。本次ROHM就現有GaN元件長期存在的課題,研發出可以提高閘極-源極額定電壓的技術,為各類應用提供更廣泛的電源解決方案。
 
與矽元件相比,GaN元件具有更低的導通電阻值和更優異的高速開關性能,因有助降低開關電源功耗及裝置小型化,所以在基地台和資料中心等設備中被寄予厚望。然而GaN元件的閘極-源極額定電壓較低,在開關工作期間可能會發生超過額定值的過衝電壓,在產品可靠性方面一直存在很大的問題。   上述背景下,ROHM利用獨創結構成功地將閘極-源極額定電壓從6V提高到了8V,這將有助採用高效率GaN元件的電源電路設計提升範圍和可靠性。此外,更針對此技術研發出專用封裝,不僅可透過更低的寄生電感徹底發揮元件性能,還能使產品更易於安裝在電路板上,並且具有更出色的散熱性,讓現有矽元件的替換和安裝製程操作上更加輕鬆。   今後ROHM將加快GaN元件的研發速度,預計於2021年9月即可開始提供樣品。
 
額定電壓比較
功率元件應用範圍

<研發中GaN元件的特點>

ROHM即將推出的GaN元件具有以下特點:

1. 採用ROHM獨創結構,將閘極-源極額定電壓提高至8V

   一般耐壓200V以下的GaN元件閘極驅動電壓為5V,而其閘極-源極額定電壓為6V,電壓餘量僅有1V。一旦超過元件的額定電壓,就可能會產生劣化和損壞等可靠性問題,這時就需要對閘極驅動電壓進行高精度的控制,這也因此成為阻礙GaN元件普及的重大瓶頸。

針對上述課題,ROHM透過獨創結構,成功地將閘極-源極間的額定電壓從6V提高到了業界頂級的8V。這使元件工作時的電壓餘量達到一般產品的三倍,開關工作過程中即使產生了超過6V的過衝電壓,元件也不會劣化,因此有助提高電源電路的可靠性。

2. 使用在電路板上易於安裝且具有出色散熱性的封裝

 該GaN元件所採用的封裝形式,具有出色的散熱性能且通用性更高,因此在可靠性和可安裝性方面擁有不錯的實績,也將使現有矽元件的替換工作和安裝製程中的操作更加容易。此外透過採用銅片鍵合封裝技術,使寄生電感值比傳統封裝降低了55%,在設計高頻工作電路時,可以更大程度地發揮出元件性能。

3. 與矽元件相比,開關損耗降低了65%

   該GaN元件不僅提高了閘極-源極額定電壓,還採用了低電感封裝,更能夠更大程度地發揮元件性能,與矽元件相比,開關損耗可減少約65%。

開關損耗比較

<應用範例>
  • 資料中心和基地台等48V輸入降壓轉換器電路
  • 基地台功率放大器裝置的升壓轉換器電路
  • D類音訊放大器
  • LiDAR驅動電路、攜帶式裝置的無線充電電路

應用範例

 

如欲了解更多資訊,請瀏覽:https://www.rohm.com.tw/news-detail?news-title=2021-04-14_news_gan&defaultGroupId=false (新聞來源:ROHM 官網)


<名詞解釋>

*1) GaN HEMT

GaN(氮化鎵)是一種用於新一代功率元件的化合物半導體材料。與一般半導體材料矽相比,具有更優異的物理性能,目前利用其高頻特性的應用也已陸續增加。

HEMT是High Electron Mobility Transistor(高電子遷移率電晶體)的英文首字母縮寫。

 

*2) 閘極-源極額定電壓(閘極耐壓)

可以在閘極和源極之間外加的最大電壓。

動作所需的電壓稱為驅動電壓,若外加高於特定閾值的電壓時,GaN HEMT將處於可動作的狀態。

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