羅姆的氮化鎵解決方案優(yōu)勢及路線圖

隨著社會對環(huán)保和能源效率的關(guān)注加劇，氮化鎵（GaN）半導(dǎo)體技術(shù)正在成為領(lǐng)先科技的焦點。盡管它仍處于早期階段，但其革命性的潛力預(yù)示著電源系統(tǒng)領(lǐng)域的未來。

2023年7月19日，在深圳舉行的媒體交流會上，羅姆半導(dǎo)體（上海）有限公司技術(shù)中心副總經(jīng)理周勁向與非網(wǎng)記者分享了最新產(chǎn)品：EcoGaN Power Stage IC “BM3G0xxMUV-LB”。同時他也深入剖析了GaN技術(shù)的優(yōu)勢，以及羅姆如何利用這些優(yōu)勢打造更高效、更小型的電源解決方案，并展望GaN未來的發(fā)展前景。作為全球頂尖的半導(dǎo)體解決方案供應(yīng)商，羅姆公司致力于不斷提升其產(chǎn)品性能和可靠性。不僅在元器件的研發(fā)上投入力量，羅姆還積極與行業(yè)伙伴建立戰(zhàn)略關(guān)系，聯(lián)合推動技術(shù)創(chuàng)新，旨在解決社會面臨的問題。

氮化鎵：下一代功率半導(dǎo)體的潛力巨大

氮化鎵（GaN）是一種第三代半導(dǎo)體材料，與硅相比，它的禁帶寬度、擊穿場強、電子飽和速度都大大優(yōu)于硅，尤其在高頻和高速開關(guān)狀態(tài)下。由于其出色的電子移動性、高電場強度和優(yōu)秀的熱導(dǎo)率在LED和電力電子設(shè)備中得以應(yīng)用。 更值得一提的是，GaN在電源轉(zhuǎn)換中的潛力巨大，它能在更高的頻率和電壓下運行，相較于傳統(tǒng)的硅基半導(dǎo)體產(chǎn)生更少的熱量。由于其更高的效率，GaN技術(shù)可以降低電源系統(tǒng)的功耗，從而減少對電力網(wǎng)的負(fù)載。這對于減少碳排放和應(yīng)對氣候變化都至關(guān)重要。

相較于碳化硅，氮化鎵在中等功率和電壓水平的應(yīng)用上更為突出，且頻率較高，應(yīng)用領(lǐng)域主要為快速充電和小型筆記本電腦，未來可能擴展到車載OBC、數(shù)據(jù)中心的電源和分布式電源等應(yīng)用。

氮化鎵器件市場的發(fā)展，以2020年作為起始節(jié)點，從PC和手機的快充領(lǐng)域開始擴展。隨著5G和PD適配器的普及，市場需求增加，以硅為基礎(chǔ)的器件已不能滿足需求，因此大型半導(dǎo)體公司開始研發(fā)氮化鎵產(chǎn)品。隨著電動汽車和工業(yè)系統(tǒng)應(yīng)用的增加，預(yù)計2025年之后，氮化鎵市場將有較大增長。

目前，快充領(lǐng)域廣泛使用氮化鎵器件。相比硅器件，氮化鎵器件產(chǎn)品體積小、單位功率價格低，集中在小體積、高性價比的產(chǎn)品應(yīng)用上。隨著氮化鎵器件的價格下降和技術(shù)成熟，其市場份額預(yù)計將進一步擴大。

盡管GaN半導(dǎo)體技術(shù)仍在早期階段，但已經(jīng)吸引了大量公司的目光。EcoGaN是通過更大程度地發(fā)揮GaN的性能，助力應(yīng)用產(chǎn)品進一步節(jié)能和小型化的羅姆氮化鎵器件，該系列產(chǎn)品有助于應(yīng)用產(chǎn)品進一步降低功耗、實現(xiàn)外圍元器件的小型化、減少設(shè)計工時和元器件數(shù)量等。

羅姆的氮化鎵解決方案：改變電源管理的游戲規(guī)則

羅姆公司從2006年開始研發(fā)GaN相關(guān)產(chǎn)品，并在2021年推出了能夠承受150V的GaN器件技術(shù)。這是一個重要的里程碑，因為這意味著羅姆的GaN技術(shù)已經(jīng)達到了一個新的高度。在2023年4月，羅姆公司開始量產(chǎn)650V耐壓產(chǎn)品。在今后的發(fā)展中，羅姆公司將繼續(xù)改進驅(qū)動技術(shù)和控制技術(shù)，并計劃在2024年推出一系列新的產(chǎn)品。

羅姆最近推出的兩款650V EcoGaN產(chǎn)品——BM3G007MUV-LB和BM3G015MUV-LB，都是深受業(yè)界關(guān)注的新產(chǎn)品。這兩款產(chǎn)品的尺寸均為8×8mm，厚度僅為1mm，使用了VQFN封裝。它們不僅能實現(xiàn)類似于DC-DC控制器的驅(qū)動電壓，而且啟動時間大大縮短，傳輸延遲僅為11納秒到15納秒。這得益于GaN本身的高速特性。這兩款產(chǎn)品的導(dǎo)通電阻分別為70毫歐和150毫歐，使得它們在開關(guān)損耗和器件體積上都有明顯的優(yōu)勢。

使用EcoGaN Power Stage IC的優(yōu)勢

此外，羅姆公司的GaN技術(shù)能夠大幅降低功耗。在一些導(dǎo)通損耗對性能影響較小的應(yīng)用中，羅姆的GaN設(shè)備的功耗甚至可以比Si MOSFET單體減少55%。這對于需要大功率和長時間運行的設(shè)備來說，是一個巨大的優(yōu)勢。另外，羅姆的GaN技術(shù)還可以支持各種一次側(cè)電源電路，其驅(qū)動的范圍寬、啟動時間短，可以應(yīng)用在各種AC-DC電路中。這使得羅姆的GaN設(shè)備在功率轉(zhuǎn)換和管理領(lǐng)域有更廣泛的應(yīng)用可能。

在開發(fā)這些高性能設(shè)備的同時，羅姆還致力于簡化設(shè)計和制造過程。其GaN產(chǎn)品只需要一個外置器件，大大簡化了外圍電路的設(shè)計。這不僅降低了設(shè)計難度，也使得羅姆的GaN設(shè)備更適合于小型化的應(yīng)用。同時，羅姆公司還在芯片內(nèi)部添加了EMI控制，以優(yōu)化驅(qū)動波形，提高設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。

氮化鎵Power Stage IC：顛覆傳統(tǒng)電源系統(tǒng)的新貴

羅姆的新一代GaN產(chǎn)品的優(yōu)勢和特點是顯而易見的，這些新產(chǎn)品不僅具有優(yōu)越的性能，而且在設(shè)計和制造方面也展示了顯著的改進。下面將詳細(xì)介紹這些產(chǎn)品的主要特點和優(yōu)勢。

支持各種一次側(cè)電源電路

首先，羅姆的新產(chǎn)品支持各種一次側(cè)電源電路，這使得它們能夠廣泛應(yīng)用于各種AC-DC電路中。這是由于它們具有寬泛的驅(qū)動范圍和短啟動時間。對于AC-DC電路而言，羅姆的新產(chǎn)品能夠大大簡化設(shè)計過程，同時減少了傳輸延遲時間。不論是反激式、半橋、交錯式還是圖騰電路，都能夠使用羅姆的新型Power Stage IC。這使得羅姆的新產(chǎn)品在電源管理和轉(zhuǎn)換方面有更廣泛的應(yīng)用可能。

功耗優(yōu)勢

其次，羅姆的新產(chǎn)品在功耗方面也有顯著的改進。在許多情況下，功耗甚至可以比Si MOSFET單體減少55%。這一改進不僅減輕了設(shè)備的熱負(fù)荷，同時也延長了設(shè)備的使用壽命。與此同時，即使在導(dǎo)通損耗對性能影響較小的應(yīng)用中，羅姆的新產(chǎn)品也能夠做到比普通產(chǎn)品減少約20%的功耗。這一點對于那些需要長時間運行或者電能有限的應(yīng)用來說，是一個很大的優(yōu)勢。

小型化特點

羅姆的新產(chǎn)品還具有顯著的小型化優(yōu)勢。在同等性能的設(shè)備中，羅姆的新產(chǎn)品可以顯著減少元器件的數(shù)量。例如，普通產(chǎn)品需要9個相關(guān)元器件，而羅姆的新產(chǎn)品則只需要1個外置器件。這一點不僅簡化了設(shè)計過程，而且也大大減少了設(shè)備的體積和重量，使得羅姆的新產(chǎn)品更適合于小型化的應(yīng)用。

此外，羅姆的新產(chǎn)品在內(nèi)部設(shè)計上也有很多優(yōu)點。例如，內(nèi)置的柵極驅(qū)動器，具有電壓范圍接口，可以使驅(qū)動電壓要求達到5V到30V。這使得羅姆的新產(chǎn)品能夠在更寬的工作電壓范圍內(nèi)運行，同時也簡化了設(shè)備的驅(qū)動電路設(shè)計。另外，羅姆的新產(chǎn)品還采用了EMI控制技術(shù)，優(yōu)化了驅(qū)動的波形，不影響速度的情況下，能夠控制EMI，提高設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。

總的來說，羅姆的新產(chǎn)品集多種優(yōu)點于一身，提供了一種高效、緊湊、可靠的電源解決方案。無論是在性能、設(shè)計還是制造方面，羅姆的新產(chǎn)品都展示了GaN技術(shù)的巨大潛力。我們有理由期待羅姆公司會繼續(xù)推出更多的創(chuàng)新產(chǎn)品，為電子設(shè)備提供更高效、更環(huán)保的電源解決方案。

氮化鎵的未來：更加高效、小型化的電力系統(tǒng)

在過去的十多年里，氮化鎵(GaN)半導(dǎo)體技術(shù)在電力電子行業(yè)中的應(yīng)用已經(jīng)取得了顯著的突破。然而，盡管已經(jīng)取得了如此顯著的成果，但GaN技術(shù)的潛力遠未被完全發(fā)掘。這主要是因為它的制造工藝仍在不斷完善，新的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷發(fā)現(xiàn)。下面我們將對氮化鎵的未來進行一番展望。

首先，隨著GaN器件的發(fā)展，我們可以預(yù)見到在未來幾年中將有更多的產(chǎn)品采用這項技術(shù)。目前，羅姆已經(jīng)成功推出了兩款新產(chǎn)品，分別是BM3G007MUV-LB和BM3G015MUV-LB，導(dǎo)通電阻分別是70毫歐和150毫歐。與此同時，羅姆還備有三款評估板，可以方便地移植到客戶現(xiàn)有的方案進行測試。這些新產(chǎn)品和評估板無疑將大大加速GaN技術(shù)在電源管理和轉(zhuǎn)換應(yīng)用中的普及。

其次，GaN器件的技術(shù)進步也將推動其在新的應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展。例如，目前羅姆已經(jīng)在2023年4月開始量產(chǎn)650V耐壓產(chǎn)品，并在今后計劃進一步改進驅(qū)動技術(shù)和控制技術(shù)。羅姆公司計劃在2024年第一季度量產(chǎn)準(zhǔn)偕振AC-DC+GaN的器件和功率因數(shù)改善+GaN的器件，而半橋+GaN的器件則預(yù)計在2024年第二季度量產(chǎn)。這些新的技術(shù)和產(chǎn)品將進一步擴大GaN器件在電源管理和轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。

羅姆氮化鎵產(chǎn)品路線圖

然而，盡管GaN技術(shù)的前景光明，但其發(fā)展過程中也可能會遇到一些挑戰(zhàn)。例如，高速電路的電磁干擾（EMI）控制是一個較大的挑戰(zhàn)，這需要開發(fā)新的技術(shù)來優(yōu)化驅(qū)動波形，以控制EMI，同時不影響速度。此外，制造工藝的改進也是一個重要的任務(wù)，需要不斷優(yōu)化以減少成本，提高產(chǎn)量。

總的來說，羅姆的GaN解決方案是電力系統(tǒng)領(lǐng)域的一次重大突破。它們不僅能提高設(shè)備的效率和可靠性，還能幫助簡化系統(tǒng)的設(shè)計和制造。我們有理由相信，隨著技術(shù)的不斷進步和市場需求的不斷增長，氮化鎵的未來將是光明的。從長期來看，我們可以期待GaN技術(shù)在更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，如更高效的電源管理、更環(huán)保的能源利用、更小型化的電子設(shè)備等等。我們期待羅姆作為氮化鎵技術(shù)的領(lǐng)軍者，將繼續(xù)引領(lǐng)這個領(lǐng)域的發(fā)展，推出更多創(chuàng)新的產(chǎn)品，滿足市場的需求。

編輯：黃飛

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