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ROHM建立业界最高8V闸极耐压150V GaN HEMT量产体制

ROHM建立业界最高8V闸极耐压150V GaN HEMT量产体制

半导体制造商ROHM(总公司:日本京都市)已建立150V耐压GaN HEMT「GNE10xxTB系列(GNE1040TB)」的量产体制,该系列产品的闸极耐压(闸极-源极间额定电压)高达8V,非常适用于基站、数据中心等工控设备和各类型IoT通讯装置的电源电路。

一般来说,GaN元件具有优异的低导通电阻和高速开关性能,有助降低各种电源功耗和实现周边元件小型化。但其闸极耐压很低,因此在开关工作时的元件可靠性方面尚存在课题。针对该课题,ROHM新产品透过独创结构,成功将闸极-源极间额定电压从过去的6V提高到了8V。也就是说,在开关过程中即使产生了超过6V的过冲电压,元件也不会劣化,有助提高电源电路的设计余裕和可靠性。此外,该系列产品采用支持大电流且具有出色散热性的通用型封装,将使安装工程的操作更加容易。
新产品于2022年3月起开始量产,前段制程的制造据点为ROHM Hamamatsu Co., Ltd.(日本滨松市),后段制程的制造据点为ROHM Co., Ltd.(日本京都市)。

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EcoGaN首波产品「GNE10xxTB系列」有助基站和数据中心实现低功耗和小型化。ROHM

ROHM将有助节能和小型化的GaN元件产品系列命名为「EcoGaNTM」,致力大幅提高元件性能。今后,ROHM将继续研发融合「Nano Pulse Control」等类比电源技术的控制IC及模块,透过可充分发挥GaN元件性能的电源解决方案,助力永续发展社会的实现。

名古屋大学 工学研究所 山本真义教授表示:今年,日本经济产业省制定了2030年新建数据中心节能30%的目标,目前距实现该目标只有不到10年的时间。然而,这些产品的性能不仅涉及到节能,还攸关到社会基础设施的坚固性和稳定性。针对今后的社会需求,ROHM研发了新的GaN元件,不仅节能性更佳,而且闸极耐压高达8V,可以确保坚固性和稳定性。从该系列产品开始,ROHM将透过融合自豪的类比电源技术「Nano Pulse Control」,不断提高各种电源效率,在不久的将来相信会掀起一场巨大的技术革新浪潮,进而在2040年的半导体和资通讯业界实现碳中和的目标。

研发背景

近年来,在服务器系统等领域,由于IoT装置的需求日益增加,功率转换效率的提升和装置小型化已经成为重要的社会课题之一,业界不断要求功率元件进行改善优化。ROHM一直在大力推动领先业界的SiC元件和各种具优势的矽元件的研发与量产,同时,持续致力于在中耐压范围具有出色高频工作性能的GaN元件研发,为各类型应用提供更广泛的电源解决方案。

什麽是EcoGaN

EcoGaN是透过大幅优化GaN的低导通电阻和高速开关性能,助力应用产品进一步节能和小型化的ROHM GaN元件,该系列产品有助应用产品进一步降低功耗、实现周边元件小型化、减少设计工时和元件数量等。特点如下:

1. 采用ROHM自有结构,将闸极-源极间额定电压提高至8V

一般耐压200V以下的GaN元件,在结构上闸极驱动电压为5V,而其闸极-源极间额定电压为6V,其voltage margin非常小,只有1V。一旦超过元件的额定电压,就可能会发生劣化和损坏等可靠性方面的问题,这就需要对闸极驱动电压进行高精度的控制,因此,这已成为阻碍GaN元件普及的重大瓶颈。针对此课题,新产品透过采用ROHM独家结构,成功将闸极-源极间的额定电压从过去的6V提高到了业界最高的8V。这使元件工作时的voltage margin得到进一步扩大,在开关工作过程中即使产生了超过6V的过冲电压,元件也不会劣化,有助提高电源电路的可靠性。

2. 支持大电流且采用散热性出色的封装

新产品所采用的封装形式,可支持大电流且具有出色的散热性能,在可靠性和安装性方面已拥有优异的实际应用记录,而且通用性强,将使安装工程的操作更加容易。此外,透过铜片键合封装技术,使寄生电感值比传统封装降低了55%,因此在针对高频工作的电路设计时,可大幅发挥元件性能。

3. 高频段电源效率达96.5%以上
新产品透过扩大闸极-源极间额定电压和采用低电感封装,大幅提升了元件性能,即使在1MHz的高频段也能达到96.5%以上的高效率,有助提高电源装置的效率并进一步实现小型化。

应用范例包含数据中心和基站等的48V输入降压转换器电路、基站功率放大器的升压转换器电路、LiDAR驱动电路、移动设备的无线充电电路及D类音讯放大器。

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