【導讀】近年來，隨著電動汽車的加速以及物聯網在工業設備、消費電子設備領域的普及，應用產品中搭載的半導體數量也與日俱增。其中，中等耐壓的二極管因其能有效整流和保護電路，而被廣泛應用在從手機到電動汽車動力總成系統等各種電路和領域中，半導體廠商羅姆在這些領域中已經擁有驕人業績（圖1）。
1. 前言
近年來，隨著電動汽車的加速以及物聯網在工業設備、消費電子設備領域的普及，應用產品中搭載的半導體數量也與日俱增。其中，中等耐壓的二極管因其能有效整流和保護電路，而被廣泛應用在從手機到電動汽車動力總成系統等各種電路和領域中，半導體廠商羅姆在這些領域中已經擁有驕人業績（圖1）。
圖1. 羅姆在整流二極管和功率二極管領域的市場份額
VF（正向電壓）和IR（反向電流）是二極管的重要性能指標，它們分別會影響到正向施加時的功率損耗和反向施加時的功率損耗。“理想的二極管”是VF和IR為0的二極管，也就是進行整流和開關工作時完全沒有功率損耗的二極管。另外，VF和IR之間通常存在權衡關系，因此很難同時改善。而且，在實際的二極管中，當在開關工作期間關斷二極管時，會產生一些功率損耗（因為電流在trr時段內會反向流動）。
肖特基勢壘二極管（以下簡稱“SBD”）的VF和trr低于其他類型的二極管，因此在整流電路和開關電路中使用這種二極管可以實現低損耗，然而由于其IR較大，存在發熱量大于散熱量，最終發生熱失控而造成損壞的風險。（圖2）
圖2. 在開關期間SBD和整流二極管的VF、IR比較
針對這種情況，羅姆開發出豐富的SBD系列產品群，客戶可根據各種應用的需求（強調VF還是IR）選用產品。另外，還推出了更接近“理想二極管”的新系列產品，新產品不僅同時改善了本來存在權衡關系的VF和IR特性，還實現了SBD業內超高等級的trr特性。本文將概括介紹羅姆在SBD領域的行動以及羅姆各系列SBD產品的特點。
（有關SBD的詳細技術文檔，請參閱以下文章。）
車載用肖特基二極管小型高散熱封裝[PMDE]的優越性
車載小型高效肖特基勢壘二極管“RBLQ系列”的優勢
2. SBD需要具備的性能及其發展趨勢
圖3為SBD產品相關的市場情況示例，展示了一輛汽車中搭載的ECU數量。隨著ADAS（高級駕駛輔助系統）和自動駕駛技術的發展，一輛汽車中所搭載的ECU數量與日俱增，其中所用的二極管數量也在持續增加，預計未來還會繼續增加。由于汽車無法提供超出其電池和發電機能力的電力，因此制造商需要低損耗（低VF）的二極管，并且越來越多地采用VF和trr特性優異的SBD。而另一方面，燃油車的引擎外圍電路、以及xEV的電池和電機外圍電路是在高溫環境中工作的，因此IR高的SBD的熱失控風險成為直接關系到可靠性的重大課題。因此，在選擇SBD時，關鍵在于如何在VF和IR之間取得平衡。
圖3. 一輛汽車所搭載的ECU數量演變（羅姆調查數據）
在消費電子設備中，隨著應用產品的功能越來越多，電路板密度也變得越來越高，甚至密度超過車載設備，因此需要更小型和超低損耗（超低VF）的SBD。另外，在工業設備應用中，其對高可靠性的要求與車載應用相同，而且由于應用產品的機型壽命較長，因此長期穩定供應也很重要。綜上所述，身為通用器件的SBD，在不同的領域和應用中，其發展趨勢大不相同，制造商在其產品開發過程中，要求一些存在權衡關系（例如更低損耗和更高可靠性、更小型和更大電流）的特性同等出色。為了滿足如此廣泛的需求，羅姆不斷推動相應產品的開發，并建立了以垂直統合型生產體系為中心的長期穩定供應體系。在下一節中，將具體介紹羅姆的SBD產品陣容。
3. 羅姆 SBD系列產品陣容
羅姆最新的SBD產品有5個系列，客戶可以根據對VF和IR的不同重視程度，從豐富的產品陣容中選擇合適的產品（圖4）。另外，每個系列都有豐富的封裝陣容，客戶還可以根據應用產品的性能要求選擇小型封裝（圖5）。下頁將對每種產品的特點分別展開介紹。
圖4. 系列產品陣容
圖5. 封裝陣容
3-1.RBS系列 超低VF（耐壓：20V）
該系列的VF最低，在主要用于正向電路中的損耗可大幅降低，非常適用于智能手機等使用電池低電壓驅動的移動設備中的整流應用。
目標應用：筆記本電腦、移動設備等
3-2.RBR系列 低VF（耐壓：30V／40V／60V）
該系列為通用型產品，與相同尺寸的羅姆以往產品相比，VF特性降低約25%。在車載應用中，正向損耗非常少，因此作為要求更高效率的汽車信息娛樂系統和車載LED燈等的保護二極管，非常受歡迎。2021年8月，封裝陣容中又新增了車載用超小型PMDE封裝，可滿足市場對更小封裝的需求。
目標應用：車載信息娛樂系統、車載LED燈、車載ECU、筆記本電腦等
3-3.RBQ系列 低IR（耐壓：45V／65V／100V）
該系列利用羅姆自有的勢壘形成技術，在VF特性與IR特性之間取得了良好的平衡。與羅姆以往產品相比，其反向功率損耗降低了60%，因此可以降低熱失控風險，非常適用于需要在高溫環境下運行的引擎ECU整流應用、高輸出功率LED前照燈的保護應用、以及大電流工業設備電源等應用。
目標應用：xEV、引擎ECU、高輸出功率LED前照燈、工業設備電源等
3-4.RBxx8系列 超低IR（耐壓：30V／40V／60V／100V／150V／200V）
該系列產品具有超低IR，可以降低熱失控風險，非常適用于需要在高溫環境下運行的xEV電池和電機相關ECU、以及燃油車引擎ECU和變速箱ECU等的整流應用。該系列支持耐壓高達200V，可以替換通常在這個耐壓范圍使用的整流二極管和快速恢復二極管，并可以大幅降低VF（與FRD相比，降低約11%），還有助于降低上述車載應用中的功耗。
目標應用：xEV電池管理系統、引擎ECU、工業設備逆變器等
4. 新產品：RBLQ/RLQ系列
RBLQ系列和RLQ系列新產品通過采用新技術和羅姆自有的溝槽MOS結構，與以往的平面結構產品相比，實現了更低的VF和IR。在采用普通溝槽MOS結構的產品中，由于結構上的原因，trr表現容易變差，而新產品兩個系列的trr特性都得到了提升，并達到了與以往的平面結構產品同等級別（業界超高等級）。由于不容易發生熱失控，并且可以降低開關損耗，因此新產品非常適用于用容易發熱的車載LED前照燈驅動電路，以及xEV用的DC-DC轉換器等需要進行高速開關的應用。
目標應用：車載LED前照燈、xEV DC-DC轉換器、工業設備電源、照明等
4-1.與以往產品相比，VF和IR均得到改善
RBLQ系列和RLQ系列采用羅姆自有的溝槽MOS結構，與耐壓和耐受電流同等的以往產品相比，VF降低了約15%，可以降低在整流應用等正向使用時的功率損耗。此外，與以往的平面結構產品相比，IR也降低了約60%，這可以大大降低SBD最讓人擔心的熱失控風險，從而使產品也可以用在溫度條件等非常嚴苛的車載應用中（圖6)。
圖6. SBD溝槽MOS結構
4-2.實現業內超短的trr
在普通溝槽MOS結構中，寄生電容（元器件中的電阻分量）較大，因此trr要比平面結構差。而RBLQ系列和RLQ系列新產品不僅降低了VF和IR，而且還利用自有技術，通過優化材料，實現了與平面結構同等的trr特性。例如，從圖7中可以看到使用LED前照燈評估板進行裝機評估時的開關損耗比較情況。在開關過程中，因VF和trr引起的損耗比例比較高，但RBLQ系列和RLQ系列的trr損耗降低了約37%，VF也同時降低，因此開關總損耗降低達26%，這將有助于降低車載LED前照燈驅動電路、以及xEV用的DC-DC轉換器等需要進行高速開關的應用產品功耗。
圖7. 實際裝機進行開關時的損耗比較
5. 未來計劃
隨著消費電子領域家電的多功能化，以及在車載設備中用來實現自動駕駛的各種傳感器模塊等各領域應用的發展，預計未來應用產品中搭載的二極管數量將會繼續增加。另外，在工業設備和xEV等車載設備領域，由于電機性能日益提高，預計電路中的電流也會越來越大，因此需要繼續增強大電流產品陣容。羅姆為了滿足更小型、更大電流、更低損耗、更高性能等諸多難以同時實現的需求，一直在推進超越需求的開發。例如，作為小型且支持大電流的封裝，羅姆計劃增強TO-277封裝（6.5mm×4.6mm尺寸）的產品陣容，并且已經開始了部分產品的量產。還有，預計200V耐壓產品在xEV車載逆變器和車載充電器等應用中的需求將會迅速增加，因此羅姆已經在開發200V耐壓的新產品，并計劃在2022年內投入市場。未來，羅姆將繼續擴充產品陣容，滿足市場多樣化的需求，并為日新月異的下一代車載應用實現更高性能、更多功能和更低功耗貢獻力量。
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