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車載市場領先者,羅姆200V SBD如何取代FRD

——羅姆半導體發布高溫環境下穩定運行的200V肖特基勢壘二極管
2019-09-05
作者:王小偉

在車載市場,目前電氣化和自動駕駛等高性能需求正在飛速發展,需要開發出比以前更高效的元器件。羅姆為了迎合車載市場高效率和高質量的需求,開發了超低IR型RBxx8系列,這款系列產品深受眾多車載電氣設備制造商的好評。那RBxx8BM/NS200新產品為何能取代車載市場200V的FRD的呢?“低功耗、小型化”,ROHM半導體(北京)有限公司技術中心所長水原德健在RBxx8BM/NS200新產品發布會上向電子技術應用這樣形容到。

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水原德健, ROHM半導體(北京)有限公司技術中心所長

“一直想取代(200V FRD)但是取代不了的原因是之前IR沒有做下來”,肖特基二極管生產工藝不會變,每家廠商都在改變材料以追求更高性能,本次200V產品的成功與羅姆半導體工程師們的反復試驗是密不可分的。

ROHM已實現可在車載的高溫環境下使用的耐壓達150V的超低IR SBD RBxx8系列的量產,近年來,在48V輕度混合動力等驅動系統中,將電機和外圍部件集成于1個模塊的“機電一體化”已成為趨勢技術,能夠在高溫環境下工作的高耐壓、高效率SBD的需求日益高漲。而另一方面,在以往使用150V產品的系統中,高性能化和高可靠性要求越來越嚴格,因此要求SBD要具有更高的耐壓性能。

肖特基的改善

降低IR  整個汽車除了電池電機沒有電路之外,從攝像頭開始一直到里面的主機逆變器全部都有肖特基的要求,車載和電源設備對高效肖特基的需求越來越多,但是和普通FRD相比,肖特基的IR又偏高,這是羅姆工程師遇到的一個重要課題。FRD是一個半導體加半導體,但是肖特基是半導體上面加一個金屬,“我們改變了肖特基金屬的特性。”

二極管有兩個最大的特性,正方向的電壓和逆方向的電流,VF和IR,它們兩個是成反比的關系,隨著一個變大另一個則會變小。羅姆的肖特基二極管產品,分為四個系列:一個是超低VF、一個超低IR,和兩個在這個之間,有低VF的,有低IR的。經過多種材料的反復試驗,在采用Pt材料改善肖特基金屬特性之后,IR大幅降低,即逆方向的電流比較低,這最大的好處是在高溫的環境下可以穩定運轉,適合汽車運轉起來時的高溫環境,不會出現熱失控。

縮小封裝  FRD替換為SBD后VF特性可降低約11%,有助于應用的低功耗化,更低VF可抑制發熱量,因此與以往產品相比,可實現同一尺寸小型封裝設計。200V的產品到現在還是以快恢復或者整流二極管較多,封裝較大。比如原用FRD的時候,200V、3A左右的產品,大約用到SMC封裝,產品尺寸很大。如果要改成肖特基,可以改成很小,比如說SMA比它還要小的產品,大約是它的71%左右,可以使它的體積降低到原來的三分之一以下。

FRD轉換成肖特基可以使它全體小型化,本次200V的四種產品,封裝主要是以DPAK、D2PAK為主,接下來會把DPAK和D2PAK做到更小型一些,用TO-277產品做。現有的PMDS、 SMC、SMA這種產品用PMDE,更小型化、更模型化的封裝制作,這也是羅姆產品今后的發展趨勢:在保證相同特性的情況下把產品線做得越來越多,把整個封裝做得越來越小。

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本次新品主角:200V肖特基勢壘二極管“RBxx8BM/NS200

質量管控

羅姆公司的三大戰略:第一個是功率器件,第二個是通用器件,第三個是模擬器件。羅姆的功率元器件戰略即力爭全球領先的市場份額。“在全球的市場上羅姆二極管的市場份額占第三位,大約占有10%左右的份額;如果只在車載市場上看羅姆二極管的份額在全球是第一位,大約占20%。”ROHM功率器件制造本部、功率二極管制造部、商品開發部組長田中宏幸先生如此介紹ROHM的市場地位。

羅姆功率二極管60%的銷售份額來自于車載市場,本次產品主要應用在動力傳動系統等車載系統(xEV等)、工業設備逆變器、各種電源設備等,全部都是支持AEC-Q101,都是對應車載的產品,在車載上可以高溫運轉,可以使它節能,可以使小型化的新產品。

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田中宏幸, ROHM功率器件制造本部、功率二極管制造部、商品開發部組長

“C、A、S、E”增長計劃

200V肖特基勢壘二極管已于2019年7月份開始出售樣品,預計將于2019年9月開始以月產100萬個的規模投入量產,前期工序的生產基地為日本岡山工廠,后期工序的生產基地為泰國和韓國工廠。剛剛發布的新品為何可以排出如此產量規模? “二極管,特別是肖特基二極管在汽車行業上會得到很大的應用,比如汽車行業,包括電動汽車,從2019-2024年的5年期間增長比較大,平均年增長15%左右”,水原先生如此描述汽車行業二極管的發展趨勢!主要增長具體來說,就是“CASE”,C是Connected,跟外部相連的信息娛樂系統;A,是自動駕駛或者Autonomous;S是我們所說的Share,也就是網關;E就是三電、電氣化,OBC、逆變器、DC/DC或者LED燈。

在車上所需要的信息量越來越大,即所需要的ECU會越來越增加。但是汽車里面的位置是固定的,空間是固定下來的,不可能功能越多而使每個產品的體積變得越來越大,只能在固定的體積下把功能做得越來越多,這樣需要里面的所有產品越來越小型化,羅姆的肖特基就符合所需要的小型化、高效化。“隨著產品要求的小型化、高效化、高可靠性,和在高溫情況下得到穩定運轉,這種要求使肖特基的需求越來越多,這就是在汽車行業上為什么肖特基用得越來越多的原因”。

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