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ROHM建立業界最高8V閘極耐壓150V GaN HEMT量產體制

半導體製造商ROHM(總公司:日本京都市)已建立150V耐壓GaN HEMT「GNE10xxTB系列(GNE1040TB)」的量產體制,該系列產品的閘極耐壓(閘極-源極間額定電壓)高達8V,非常適用於基地台、資料中心等工控設備和各類型IoT通訊裝置的電源電路。

一般來說,GaN元件具有優異的低導通電阻和高速開關性能,有助降低各種電源功耗和實現週邊元件小型化。但其閘極耐壓很低,因此在開關工作時的元件可靠性方面尚存在課題。針對該課題,ROHM新產品透過獨創結構,成功將閘極-源極間額定電壓從過去的6V提高到了8V。也就是說,在開關過程中即使產生了超過6V的過衝電壓,元件也不會劣化,有助提高電源電路的設計餘裕和可靠性。此外,該系列產品採用支援大電流且具有出色散熱性的通用型封裝,將使安裝工程的操作更加容易。
新產品於2022年3月起開始量產,前段製程的製造據點為ROHM Hamamatsu Co., Ltd.(日本濱松市),後段製程的製造據點為ROHM Co., Ltd.(日本京都市)。

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EcoGaN首波產品「GNE10xxTB系列」有助基地台和資料中心實現低功耗和小型化。ROHM

ROHM將有助節能和小型化的GaN元件產品系列命名為「EcoGaNTM」,致力大幅提高元件性能。今後,ROHM將繼續研發融合「Nano Pulse Control」等類比電源技術的控制IC及模組,透過可充分發揮GaN元件性能的電源解決方案,助力永續發展社會的實現。

名古屋大學 工學研究所 山本真義教授表示:今年,日本經濟產業省制定了2030年新建資料中心節能30%的目標,目前距實現該目標只有不到10年的時間。然而,這些產品的性能不僅涉及到節能,還攸關到社會基礎設施的堅固性和穩定性。針對今後的社會需求,ROHM研發了新的GaN元件,不僅節能性更佳,而且閘極耐壓高達8V,可以確保堅固性和穩定性。從該系列產品開始,ROHM將透過融合自豪的類比電源技術「Nano Pulse Control」,不斷提高各種電源效率,在不久的將來相信會掀起一場巨大的技術革新浪潮,進而在2040年的半導體和資通訊業界實現碳中和的目標。

研發背景

近年來,在伺服器系統等領域,由於IoT裝置的需求日益增加,功率轉換效率的提升和裝置小型化已經成為重要的社會課題之一,業界不斷要求功率元件進行改善優化。ROHM一直在大力推動領先業界的SiC元件和各種具優勢的矽元件的研發與量產,同時,持續致力於在中耐壓範圍具有出色高頻工作性能的GaN元件研發,為各類型應用提供更廣泛的電源解決方案。

什麼是EcoGaN

EcoGaN是透過大幅優化GaN的低導通電阻和高速開關性能,助力應用產品進一步節能和小型化的ROHM GaN元件,該系列產品有助應用產品進一步降低功耗、實現週邊元件小型化、減少設計工時和元件數量等。特點如下:

1. 採用ROHM自有結構,將閘極-源極間額定電壓提高至8V

一般耐壓200V以下的GaN元件,在結構上閘極驅動電壓為5V,而其閘極-源極間額定電壓為6V,其voltage margin非常小,只有1V。一旦超過元件的額定電壓,就可能會發生劣化和損壞等可靠性方面的問題,這就需要對閘極驅動電壓進行高精度的控制,因此,這已成為阻礙GaN元件普及的重大瓶頸。針對此課題,新產品透過採用ROHM獨家結構,成功將閘極-源極間的額定電壓從過去的6V提高到了業界最高的8V。這使元件工作時的voltage margin得到進一步擴大,在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,有助提高電源電路的可靠性。

2. 支援大電流且採用散熱性出色的封裝

新產品所採用的封裝形式,可支援大電流且具有出色的散熱性能,在可靠性和安裝性方面已擁有優異的實際應用記錄,而且通用性強,將使安裝工程的操作更加容易。此外,透過銅片鍵合封裝技術,使寄生電感值比傳統封裝降低了55%,因此在針對高頻工作的電路設計時,可大幅發揮元件性能。

3. 高頻段電源效率達96.5%以上
新產品透過擴大閘極-源極間額定電壓和採用低電感封裝,大幅提升了元件性能,即使在1MHz的高頻段也能達到96.5%以上的高效率,有助提高電源裝置的效率並進一步實現小型化。

應用範例包含資料中心和基地台等的48V輸入降壓轉換器電路、基地台功率放大器的升壓轉換器電路、LiDAR驅動電路、行動裝置的無線充電電路及D類音訊放大器。

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