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ROHM成功提升150V GaN HEMT閘極耐壓至8V

  • 陳毅斌台北

150V GaN。

半導體製造商ROHM針對工控裝置和通訊裝置等電源電路,將150V GaN HEMT(以下稱為GaN元件)的閘極耐壓(閘極-源極額定電壓)提升至8V。近年來在伺服器系統等設備中,由於IoT裝置的需求日益成長,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效能的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。

閘極-源極額定電壓比較表。

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效能,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效能,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。

ROHM即將推出的GaN元件具有三項特點:一、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。

二、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,具有出色的散熱效能且通用性更高,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效能。三、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效能,與矽元件相比,開關損耗可減少約65%。