羅姆：解決GaN應(yīng)用難題，引領(lǐng)下一代功率半導(dǎo)體創(chuàng)新

半導(dǎo)體扮演著電子設(shè)備和電器產(chǎn)品的“大腦”角色，已然成為支撐數(shù)字社會發(fā)展的基石。在對“節(jié)能”和“小型化”需求日益高漲的背景下，羅姆逐漸將業(yè)務(wù)重心鎖定在功率半導(dǎo)體和模擬半導(dǎo)體：不斷發(fā)展的功率電子技術(shù)使精密控制成為可能，而模擬IC技術(shù)使智能設(shè)備實現(xiàn)節(jié)能和小型化發(fā)展，通過解決實際需求中的各種難題，羅姆希望推動半導(dǎo)體技術(shù)可持續(xù)發(fā)展。

羅姆功率器件銷售目標：2027年逼近5000億日元

在功率器件領(lǐng)域，GaN和SiC同屬第三代半導(dǎo)體，相比硅基半導(dǎo)體具有禁帶寬度更寬、高耐壓、熱導(dǎo)率、電子飽和速度更高的特點，能夠滿足現(xiàn)代電子技術(shù)對半導(dǎo)體材料提出的高溫、高功率、高壓、高頻要求。特別是針對要求小型化、低功耗的5G和PD快充適配器等產(chǎn)品，僅憑目前主流半導(dǎo)體材料Si已無法滿足需求，這使得包括GaN HEMT在內(nèi)的新型功率半導(dǎo)體必不可少。羅姆專注于發(fā)揮包括SiC、Si和GaN各種功率元器件的技術(shù)優(yōu)勢，以更高效地處理電力，滿足不同產(chǎn)品需求的材料和元器件結(jié)構(gòu)，支持廣泛的應(yīng)用需求。

當前，在大功率、高電壓（高于600V）、高頻率（20~200kHz）領(lǐng)域，主要采用SiC功率器件；GaN則用于中等功率、中等耐壓（100~600V）、高頻率（200kHz以上）。據(jù)羅姆方面數(shù)據(jù)，到2027年，其功率器件銷售額目標將接近5000億日元，其中，SiC銷售額目標預(yù)計將在2027年突破2700億日元。

SiC：逐代優(yōu)化，持續(xù)擴大產(chǎn)能

SiC功率器件方面，羅姆秉持從材料到封裝的一貫性生產(chǎn)體制，以實現(xiàn)高品質(zhì)、穩(wěn)定供給和競爭力。

在SiC功率器件領(lǐng)域，羅姆的技術(shù)優(yōu)勢主要包括：第一，通過逐代演進，持續(xù)實現(xiàn)更低的導(dǎo)通電阻特性，預(yù)計到2028年量產(chǎn)第六代產(chǎn)品，在上一代產(chǎn)品的基礎(chǔ)上再降低30%；第二，增加晶圓直徑，提高生產(chǎn)效率，從2017年的6英寸到2023年的8英寸晶圓（旗下全資子公司德國SiCrystal公司)；第三，增加元件尺寸，支持高輸出逆變器，從2015年的25mm²，到2024年的50mm²。

下一步，羅姆將通過產(chǎn)能提升計劃，持續(xù)擴大SiC芯片產(chǎn)能，以滿足不斷增長的市場需求。筑后工廠可量產(chǎn)6英寸/8英寸晶圓，宮崎工廠量產(chǎn)6英寸晶圓，宮崎第二工廠（國富）預(yù)計將于2024年運營，量產(chǎn)8英寸晶圓，并且除了SiC器件以外，還計劃生產(chǎn)SiC基板。

GaN：改善器件結(jié)構(gòu)，提升產(chǎn)品易用性

隨著技術(shù)的不斷進步和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，GaN的市場規(guī)模也在不斷擴大。據(jù)Yole Group預(yù)測，從2022年到2028年，GaN功率器件市場將以49%的復(fù)合年增長率快速增長，市值將從2022年的1.849億美元增長至20.4億美元。

與Si相比，GaN具有低導(dǎo)通電阻、高速開關(guān)等優(yōu)異特性。而相對于SiC在高耐壓和大工作電流方面具有的優(yōu)勢，GaN有望在100~600V中等耐壓范圍內(nèi)，憑借出色的擊穿場強和電子飽和速度，實現(xiàn)低導(dǎo)通電阻和高速開關(guān)（高頻率工作）性能。在同樣需要節(jié)能和小型化的應(yīng)用中，它也可以滿足一次電源（服務(wù)器、適配器、普通電源）市場的需求。

羅姆認為，除了消費領(lǐng)域，工業(yè)和數(shù)據(jù)中心應(yīng)用已成為GaN增長的催化劑。在這些應(yīng)用中，巨大的功耗已成為一個亟待解決的問題。在電源中使用高電源轉(zhuǎn)換效率的GaN可以顯著減少能源消耗，同時滿足縮小應(yīng)用尺寸和厚度的行業(yè)發(fā)展要求，為節(jié)能環(huán)保做出貢獻。基于多年積累的豐富半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝技術(shù)，羅姆開發(fā)了顛覆傳統(tǒng)的GaN品牌——EcoGaN?系列產(chǎn)品，旨在進一步實現(xiàn)應(yīng)用產(chǎn)品的節(jié)能和小型化。

隨著GaN產(chǎn)品的不斷豐富，羅姆是否看到了現(xiàn)存的一些應(yīng)用問題？羅姆半導(dǎo)體(北京)有限公司技術(shù)中心總經(jīng)理水原德健表示，主要是5V的驅(qū)動電壓與市場主流6V產(chǎn)品不匹配的問題，導(dǎo)致需要額外電路或擔心雜波影響可靠性。

因此，羅姆的新產(chǎn)品主要解決這一問題，通過增加針對過沖電壓的電壓裕度、用高速開關(guān)優(yōu)化電源電路效率等方式。器件產(chǎn)品陣容方面，羅姆主要有150V和650V的GaN HEMT，已經(jīng)開始量產(chǎn)。150V GaN HEMT包括40毫歐和8.5毫歐產(chǎn)品，650V EcoGaN? (GaN HEMT) Power Stage IC包括70毫歐和150毫歐產(chǎn)品。這些產(chǎn)品可以單獨使用，也可以與驅(qū)動板或電源板配合使用，為客戶提供靈活的測試方案。

據(jù)水原德健介紹，GaN HEMT的穩(wěn)定可靠對于GaN器件的全面推廣至關(guān)重要，而基于GaN-on-Si襯底的高質(zhì)量制造技術(shù)是生長GaN外延層的關(guān)鍵。早在2006年，羅姆就開始研發(fā)氮化鎵產(chǎn)品。憑借其多年來為量產(chǎn)可靠的LED產(chǎn)品開發(fā)的基本外延和生長技術(shù)，羅姆將其應(yīng)用于GaN HEMT，為需要長期可靠性的市場提供穩(wěn)定的供應(yīng)。

為了方便客戶應(yīng)用氮化鎵，羅姆還推出了Power Stage IC，通過將柵極驅(qū)動器和GaN HEMT進行一體化封裝，這種IC可以將12V的驅(qū)動電壓轉(zhuǎn)換為5V，使得客戶可以直接使用現(xiàn)有的電路，無需進行復(fù)雜的修改。

例如650V EcoGaN (GaN HEMT) Power Stage IC，就具有三個特點：易于安裝GaN器件、可輕松替換現(xiàn)有功率半導(dǎo)體電路、損耗低于普通產(chǎn)品。與硅相比，氮化鎵的開關(guān)損耗更低，可降低約55%。使用氮化鎵還可以實現(xiàn)小型化，因為不需要加散熱板，體積更小，效率更高。

此外，羅姆還憑借其在功率半導(dǎo)體和模擬電源技術(shù)方面的優(yōu)勢，挑戰(zhàn)高頻率開關(guān)技術(shù)，例如其超高速脈沖控制技術(shù)Nano Pulse Control?，可以更好地激發(fā)GaN器件的性能。

EcoGaN?系列持續(xù)推進節(jié)能和小型化

羅姆的GaN器件EcoGaN?品牌系列，旨在通過更大程度地發(fā)揮GaN的性能，實現(xiàn)GaN的穩(wěn)定控制。該品牌不僅包括GaN HEMT單品，搭載GaN的、內(nèi)置控制器的IC也包含其中。EcoGaN?系列產(chǎn)品有助于進一步降低應(yīng)用產(chǎn)品的功耗，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，助力應(yīng)用產(chǎn)品進一步節(jié)能和小型化。

據(jù)透露，隨著GaN器件的性能的進一步提高和陣容擴充，羅姆將持續(xù)推進用于驅(qū)動GaN HEMT的、內(nèi)置控制器的器件和模塊的開發(fā)，進一步加強電源解決方案。其中包括，具有低導(dǎo)通電阻和高速開關(guān)性能的產(chǎn)品——150V耐壓產(chǎn)品（第二/三代）；內(nèi)置驅(qū)動器和控制器的GaN模塊；650V耐壓的新封裝（TOLL封裝）產(chǎn)品等。

關(guān)于Power Stage IC產(chǎn)品，羅姆計劃2024年量產(chǎn)搭載偽諧振AC-DC電路或功率因數(shù)改善電路、以及搭載半橋電路等產(chǎn)品。并且，截至2026年，羅姆計劃陸續(xù)量產(chǎn)將GaN HEMT、柵極驅(qū)動IC、控制IC集成在同一封裝的產(chǎn)品。羅姆將繼續(xù)為用戶提供各種形式的EcoGaN解決方案，方便用戶更加便捷地搭載GaN器件。