羅姆發(fā)布肖特基二極管白皮書(shū)，助力汽車(chē)、工業(yè)和消費電子設備實(shí)現小型化和更低損耗！

前言

近年來(lái)，隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)的加速以及物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)設備、消費電子設備領(lǐng)域的普及，應用產(chǎn)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(dòng)汽車(chē)動(dòng)力總成系統等各種電路和領(lǐng)域中，半導體廠(chǎng)商羅姆在這些領(lǐng)域中已經(jīng)擁有驕人業(yè)績(jì)（圖1）。

圖1. 羅姆在整流二極管和功率二極管領(lǐng)域的市場(chǎng)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(huì )影響到正向施加時(shí)的功率損耗和反向施加時(shí)的功率損耗?！袄硐氲亩O管”是VF和IR為0的二極管，也就是進(jìn)行整流和開(kāi)關(guān)工作時(shí)完全沒(méi)有功率損耗的二極管。另外，VF和IR之間通常存在權衡關(guān)系，因此很難同時(shí)改善。而且，在實(shí)際的二極管中，當在開(kāi)關(guān)工作期間關(guān)斷二極管時(shí)，會(huì )產(chǎn)生一些功率損耗（因為電流在trr時(shí)段內會(huì )反向流動(dòng)）。

肖特基勢壘二極管（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“SBD”）的VF和trr低于其他類(lèi)型的二極管，因此在整流電路和開(kāi)關(guān)電路中使用這種二極管可以實(shí)現低損耗，然而由于其IR較大，存在發(fā)熱量大于散熱量，最終發(fā)生熱失控而造成損壞的風(fēng)險。（圖2）

圖2. 在開(kāi)關(guān)期間SBD和整流二極管的VF、IR比較

針對這種情況，羅姆開(kāi)發(fā)出豐富的SBD系列產(chǎn)品群，客戶(hù)可根據各種應用的需求（強調VF還是IR）選用產(chǎn)品。另外，還推出了更接近“理想二極管”的新系列產(chǎn)品，新產(chǎn)品不僅同時(shí)改善了本來(lái)存在權衡關(guān)系的VF和IR特性，還實(shí)現了SBD業(yè)內超高等級的trr特性。本文將概括介紹羅姆在SBD領(lǐng)域的行動(dòng)以及羅姆各系列SBD產(chǎn)品的特點(diǎn)。

-SBD需要具備的性能及其發(fā)展趨勢-

圖3為SBD產(chǎn)品相關(guān)的市場(chǎng)情況示例，展示了一輛汽車(chē)中搭載的ECU數量。隨著(zhù)ADAS（高級駕駛輔助系統）和自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展，一輛汽車(chē)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(lái)還會(huì )繼續增加。由于汽車(chē)無(wú)法提供超出其電池和發(fā)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(lái)越多地采用VF和trr特性?xún)?yōu)異的SBD。而另一方面，燃油車(chē)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(huán)境中工作的，因此IR高的SBD的熱失控風(fēng)險成為直接關(guān)系到可靠性的重大課題。因此，在選擇SBD時(shí)，關(guān)鍵在于如何在VF和IR之間取得平衡。

圖3. 一輛汽車(chē)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(zhù)應用產(chǎn)品的功能越來(lái)越多，電路板密度也變得越來(lái)越高，甚至密度超過(guò)車(chē)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(yè)設備應用中，其對高可靠性的要求與車(chē)載應用相同，而且由于應用產(chǎn)品的機型壽命較長(cháng)，因此長(cháng)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(lǐng)域和應用中，其發(fā)展趨勢大不相同，制造商在其產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，要求一些存在權衡關(guān)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(mǎn)足如此廣泛的需求，羅姆不斷推動(dòng)相應產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，并建立了以垂直統合型生產(chǎn)體系為中心的長(cháng)期穩定供應體系。在下一節中，將具體介紹羅姆的SBD產(chǎn)品陣容。

-羅姆 SBD系列產(chǎn)品陣容-

羅姆最新的SBD產(chǎn)品有5個(gè)系列，客戶(hù)可以根據對VF和IR的不同重視程度，從豐富的產(chǎn)品陣容中選擇合適的產(chǎn)品（圖4）。另外，每個(gè)系列都有豐富的封裝陣容，客戶(hù)還可以根據應用產(chǎn)品的性能要求選擇小型封裝（圖5）。下頁(yè)將對每種產(chǎn)品的特點(diǎn)分別展開(kāi)介紹。

圖4. 系列產(chǎn)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(dòng)的移動(dòng)設備中的整流應用。

目標應用：筆記本電腦、移動(dòng)設備等

3-2.RBR系列

低VF（耐壓：30V／40V／60V）

該系列為通用型產(chǎn)品，與相同尺寸的羅姆以往產(chǎn)品相比，VF特性降低約25%。在車(chē)載應用中，正向損耗非常少，因此作為要求更高效率的汽車(chē)信息娛樂(lè )系統和車(chē)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(chē)載用超小型PMDE封裝，可滿(mǎn)足市場(chǎng)對更小封裝的需求。

目標應用：車(chē)載信息娛樂(lè )系統、車(chē)載LED燈、車(chē)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(shù)，在VF特性與IR特性之間取得了良好的平衡。與羅姆以往產(chǎn)品相比，其反向功率損耗降低了60%，因此可以降低熱失控風(fēng)險，非常適用于需要在高溫環(huán)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(yè)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(yè)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(chǎn)品具有超低IR，可以降低熱失控風(fēng)險，非常適用于需要在高溫環(huán)境下運行的xEV電池和電機相關(guān)ECU、以及燃油車(chē)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(gè)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(chē)載應用中的功耗。

目標應用：xEV電池管理系統、引擎ECU、工業(yè)設備逆變器等

-新產(chǎn)品：RBLQ/RLQ系列-

RBLQ系列和RLQ系列新產(chǎn)品通過(guò)采用新技術(shù)和羅姆自有的溝槽MOS結構，與以往的平面結構產(chǎn)品相比，實(shí)現了更低的VF和IR。在采用普通溝槽MOS結構的產(chǎn)品中，由于結構上的原因，trr表現容易變差，而新產(chǎn)品兩個(gè)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(chǎn)品同等級別（業(yè)界超高等級）。由于不容易發(fā)生熱失控，并且可以降低開(kāi)關(guān)損耗，因此新產(chǎn)品非常適用于用容易發(fā)熱的車(chē)載LED前照燈驅動(dòng)電路，以及xEV用的DC-DC轉換器等需要進(jìn)行高速開(kāi)關(guān)的應用。

目標應用：車(chē)載LED前照燈、xEV DC-DC轉換器、工業(yè)設備電源、照明等

4-1.與以往產(chǎn)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(chǎn)品相比，VF降低了約15%，可以降低在整流應用等正向使用時(shí)的功率損耗。此外，與以往的平面結構產(chǎn)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(fēng)險，從而使產(chǎn)品也可以用在溫度條件等非常嚴苛的車(chē)載應用中（圖6)。

圖6. SBD溝槽MOS結構

4-2.實(shí)現業(yè)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(chǎn)品不僅降低了VF和IR，而且還利用自有技術(shù)，通過(guò)優(yōu)化材料，實(shí)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(jìn)行裝機評估時(shí)的開(kāi)關(guān)損耗比較情況。在開(kāi)關(guān)過(guò)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(shí)降低，因此開(kāi)關(guān)總損耗降低達26%，這將有助于降低車(chē)載LED前照燈驅動(dòng)電路、以及xEV用的DC-DC轉換器等需要進(jìn)行高速開(kāi)關(guān)的應用產(chǎn)品功耗。

圖7. 實(shí)際裝機進(jìn)行開(kāi)關(guān)時(shí)的損耗比較

未來(lái)計劃

隨著(zhù)消費電子領(lǐng)域家電的多功能化，以及在車(chē)載設備中用來(lái)實(shí)現自動(dòng)駕駛的各種傳感器模塊等各領(lǐng)域應用的發(fā)展，預計未來(lái)應用產(chǎn)品中搭載的二極管數量將會(huì )繼續增加。另外，在工業(yè)設備和xEV等車(chē)載設備領(lǐng)域，由于電機性能日益提高，預計電路中的電流也會(huì )越來(lái)越大，因此需要繼續增強大電流產(chǎn)品陣容。羅姆為了滿(mǎn)足更小型、更大電流、更低損耗、更高性能等諸多難以同時(shí)實(shí)現的需求，一直在推進(jìn)超越需求的開(kāi)發(fā)。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(chǎn)品陣容，并且已經(jīng)開(kāi)始了部分產(chǎn)品的量產(chǎn)。還有，預計200V耐壓產(chǎn)品在xEV車(chē)載逆變器和車(chē)載充電器等應用中的需求將會(huì )迅速增加，因此羅姆已經(jīng)在開(kāi)發(fā)200V耐壓的新產(chǎn)品，并計劃在2022年內投入市場(chǎng)。未來(lái)，羅姆將繼續擴充產(chǎn)品陣容，滿(mǎn)足市場(chǎng)多樣化的需求，并為日新月異的下一代車(chē)載應用實(shí)現更高性能、更多功能和更低功耗貢獻力量。