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ROHM 領先業界正式展開量產※蕭特基二極體碳化矽(SiC) MOSFET模組
支援1200V/180A,可大幅降低變流器的功率損耗

 2013-01-23

ROHM領先業界正式展開量產※蕭特基二極體碳化矽(SiC) MOSFET模組

<主旨>

半導體製造商ROHM株式會社(總公司:日本京都市)已正式將適用於工業裝置、太陽能發電功率調節器(Power conditioner)等變流器/轉換器(inverter/converter)的碳化矽(SiC) MOSFET模組(額定規格1200V/ 180A)投入量產。

本模組※首創業界先例,採用了將功率半導體元件內建於碳化矽MOSFET之結構,將額定電流提高至180A,如此一來,應用範圍更廣,還能有效協助各種裝置達到低功耗及小型化。

本產品之生產地點為ROHM株式會社總公司工廠(位於日本京都市),目前已經開始樣品出貨,並預定自12月開始正式量產及出貨。

<背景>
ROHM已於2012年3月領先業界,正式投入「全碳化矽功率模組」(額定規格1200V/100A)的量產,此一產品完全使用碳化矽作為功率半導體的元件結構,雖然目前還在工業裝置應用領域推廣中,但市場上極度期盼此類產品既能夠維持小體積同時又能產生大電流,因此本產品的研發備受期待。

要產生大電流,通常會採取增加MOSFET的配置數量等方式,此外,還必須在裝置上加裝二極體等整流元件,因此要維持小型體積十分困難。

<新產品說明>
為解決本體二極體(Body diode)的通電劣化問題,ROHM採用了第2代的碳化矽MOSFET,成功地研發出不需以二極體作為整流元件的碳化矽功率模組(碳化矽MOSFET模組),藉由增加碳化矽MOSFET的配置面積,讓模組的體積維持不變,並同時達成大電流的目標。

內建碳化矽MOSFET可改善結晶缺陷相關的製程與元件結構,因此能成功地克服本體二極體(Body diode)等元件在可靠性上的問題。

相較於一般轉換器所使用的矽質IGBT,可減少損耗達50%以上,除了降低損耗外,還能達到50kHz以上的高頻,也能使用較小型的周邊零件。

<特點>
1. MOSFET單體仍維持切換特性,同時創造出無尾電流、低功耗之切換品質
即使不使用蕭特基二極體,仍能達到和傳統產品同級的切換特性,而且不會產生在矽質IGBT上所常見的尾電流,因此可成功降低損耗達50%以上,有效為裝置的節能化帶來助益。此外,高達50kHz以上的切換頻率,也是矽質IGBT所無法達成的,因此就連週邊裝置也能一舉實現小型化與輕量化的目標。

2. 可逆向導通,因此能夠創造出高效率的同步整流電路
一般來說,矽質IGBT元件無法被逆向導通,而碳化矽MOSFET因為是本體二極體,因此隨時可逆向導通。此外,加入閘極訊號後,即可讓MOSFET進行逆向導通,相較於只使用二極體的方式,更能夠達到低電阻目標。利用此種逆向導通特性所衍生出來的高效率同步整流技術,讓產品即使在1000V以上的電壓時,也能創造出高於二極體整流方式之絕佳效率。

3. 解決本體二極體的通電劣化問題
   
即使通電時間超過1000小時,特性亦不劣化
本體二極體具有通電時會使缺陷擴大的特性,因此ROHM由製程及元件結構兩方面著手,成功地解決發生缺陷的原因。
一般產品只要超過20小時,導通(ON)電阻就會大幅增加,不過,本產品即使通電時間超過1000小時,導通(ON)電阻也不會增加。

<專有名詞解釋>
本體二極體
(Body diode)
在MOSFET的結構上,於其內部所形成的二極體,當變流器動作時,電流會通過此二極體,因此需要較低的VF (順向電壓)或高速回復特性。

尾電流(Tail current)
亦即IGBT在關機時經常會發生的暫態電流(Transient current),因電洞的蓄積時間而發生。在此期間將產生汲極電壓,因此會造成極大的切換損耗。

 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor」一詞之縮寫,中文翻譯為: 絕緣閘雙極電晶體)
除了電子外,還可藉由電流通過電洞的方式而達成低導通(ON)電阻的一種功率電晶體,由於電洞的蓄積時間,因此無法高速驅動,並且會出現切換損耗較大的問題。

順向電壓(VFForward Voltage)
亦即當順向電壓通過時,二極體所產生的電壓值,數值愈小,表示功耗愈少。

導通(ON)電阻
亦即功率元件動作時的電阻值,此為影響功率MOSFET性能最重要的一項參數。數值愈低,代表性能愈佳。