聚焦GaN技术发展 罗姆半导体加速电源创新应用
- 黎思慧／台北
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可提供更高功率密度与更高效率的GaN（氮化镓），近年逐渐在电力转换、能源效率提升与高带宽通讯领域展现出巨大发展潜力，已被视为下一时代半导体产业发展重点。深耕此领域多年的罗姆（ROHM）半导体，在日前举办「罗姆GaN氮化镓化合物半导体应用研讨会」中，邀请产业专家发表精彩演讲，协助业界精准掌握GaN技术脉动。
加速推动GaN技术 Power Stage LSI引领电源革新
此次研讨会特别邀请罗姆 LSI事业本部Power Stage商品开发部GM山口雄平来台，完整介绍该公司旗下的Power Stage LSI产品。他指出罗姆致力透过功率元件与模拟IC技术的创新，为人类文化和生活品质的提升尽一份心力，近年更专注车用及工业领域，积极推动GaN技术实现电源的革新。
为了加速扩大GaN市场，罗姆擘划出三大发展重点。首先是推出高性能、高可靠度的GaN功率元件，其次是开发奈秒级高速驱动IC，最后则是与名古屋大学合作，共同开发新型电感。藉由元件、IC及关键被动元件的全方位布局，构筑完整的GaN产品线。
山口雄平表示，在众多解决方案中，Power Stage LSI可说是集罗姆GaN技术大成的系列产品。此系列产品是整合驱动IC与GaN功率开关元件的单芯片电源模块，特别针对LiDAR等低压高频应用进行最佳化设计。Power Stage LSI最大的特色，在于其驱动IC可提供2奈秒超高速开关速度，搭配GaN功率元件优异的导通特性，可大幅提升整体效率和功率密度。此外，单芯片整合设计不仅能够简化系统设计复杂度，还能进一步缩小电源模块尺寸，目前Power Stage LSI产品已进入量产阶段，并可提供样品及评估板，协助客户进行测试与设计验证。
为尽速将GaN技术的优势应用于终端电源产品，罗姆积极与产业夥伴展开合作，近期最具指标性案例，为台达电共同开发系统级GaN解决方案，山口雄平提到，罗姆与台达电不仅企业文化相似，技术和商业层面也高度契合，罗姆在功率元件、驱动IC及模块面的全方位实力，结合台达电在电源系统设计的深厚经验，将可完美呈现GaN技术效益。
对于未来规划，山口雄平指出罗姆将聚焦于两大发展主轴。首先是持续精进GaN功率元件效能，并拓展相关产品线；其次是加速开发高频高速控制IC。第二是积极投入电源模块与封装技术研发，希望将驱动电路与控制电路整合为一，简化系统设计并提升功率密度。他表示罗姆拥有实力坚强的工程师团队，不仅可为上述目标奠定坚实技术基础，也可协助客户排解开发过程中的疑难问题，借此加速GaN技术在电源领域的创新发展，并为客户创造更多价值。
GaN发展潜力雄厚 多元应用逐一浮现
DIGITIMES分析师王尊民在「GaN技术发展走向及市场应用趋势」演说中指出，GaN材料具有高熔点、高能隙、优异的热导率及高崩溃电场等优异半导体特性，非常适合应用于高频及中高功率环境。随着5G及B5G通讯快速发展，GaN半导体的应用需求渐高。特别是GaN on SiC结构，由于在散热、磊晶缺陷数量和通讯频段上具有优势，已成为5G及B5G基站的首选方案。至于功率半导体领域，GaN技术已藉由优异的高频和高功率处理能力，将应用触角延伸至快充、能源、交通、家电及工业等场景中，特别是3C产品快充市场，国内整合元件厂（IDM）厂正透过低价策略迅速扩展市场占有率，非国内IDM业者则将重心转移至更高电压的交通和工业应用。他预估随着中高功率终端需求持续提升，GaN on SiC及GaN on GaN等结构有望逐步实现，进一步扩大GaN功率半导体的应用范围。
罗姆台湾技术中心资深工程师苏建荣接着深入探讨罗姆在宽能隙元件领域的发展蓝图。他先比较不同功率元件结构的特点，SiC元件部分，平面型SiC适合高压应用，沟槽型SiC在高压、高功率密度领域有明显优势。GaN元件方面，横向GaN适合高频开关切换应用，垂直GaN则适用于高电压、大电流场合，但成本较高。对于GaN，罗姆已推出EcoGaN解决方案，从此产品的功能设计来看，GaN HEMT在高频操作下展现出优异的动态特性，以及在高电子迁移率和快速开关切换速度方面的特点。此外，苏建荣也点出，市场更为创新的β-Ga2O3功率开关元件虽具备高压低成本的特色，但在热导率和掺杂技术方面仍面临挑战。从苏建荣介绍的多样化功率元件技术可看出，功率元件正朝着宽能隙化、低损耗、高功率密度的方向发展，从而推动电力电子领域的技术革新。
台达电是罗姆的重点合作夥伴，近期更携手开发系统级GaN解决方案，台达电业务行销主任黄黎宣也在此次研讨会中，介绍该公司的Innergie品牌。她指出Innergie自2008年成立以来，即专注于消费性电源管理，作为全球电源管理专家。Innergie产品具备极高品质，经过严苛测试，其创新设计包括小型化、功率优化、独特插头和线材管理等，拥有多项实用新型与发明专利，核心产品包括One For All系列、SE系列电源适配器、移动电源等，皆以高能效和环保为特色，使用FSC MIX认证材料，减少塑胶使用，达到可回收再利用的目标。Innergie不仅致力于创造高效能产品，更重视环境保护和永续发展，透过减少包装和使用再生材料，实现减塑目标，希望透过更安全、更智能的充电解决方案，改善人们的生活方式，让充电更便捷高效。
从「罗姆GaN化合物半导体应用研讨会」中的GaN技术发展与应用趋势，可看出随着5G、B5G通讯和中高功率需求持续提升，GaN半导体可望在更多领域出现突破性应用，罗姆未来将持续精进GaN功率元件效能、加速开发高频高速控制IC及电源模块，与合作夥伴携手创新，满足市场高效、节能的电源解决方案需求。
