1.前言
近年來，全球耗電量逐年增加，在工業和交通運輸領域的成長尤為顯著。另外以化石燃料為基礎的火力發電和經濟活動所產生的CO2（二氧化碳）排放量增加已成為嚴重的社會問題。因此為了實現零碳社會，努力提高能源利用效率並實現碳中和，已成為全球共同的目標。
在這種背景下，ROHM致力透過電子技術解決社會問題，專注開發在大功率應用中可提升效率的關鍵—功率半導體，並提供相對應的電源解決方案。本文將透過「Power Eco Family」的品牌理念，介紹為構建應用生態系統做出貢獻的ROHM功率半導體以及相關研發成果。
2.市場需求和ROHM的行動
近年來，隨著電動車、能量採集等眾多領域用電量的快速成長，對於各類應用中所配備的電源系統，可以實現高效率、小型化、輕量化等性能面的提升。因此市場要求功率半導體也要具有更高的性能和更強的嚴苛環境對應性。具體而言，就是要具備高速開關性能、低損耗和出色的散熱性能等特性。同時功率半導體的應用範圍也在不斷擴大，需求量也與日俱增。
多年來，ROHM在功率半導體領域累積了豐富的專業經驗和技術力，其中包括了全球首次*量產SiC（碳化矽）MOSFET。另外預計相關產品的市場需求會進一步擴大，ROHM也在不斷開拓新的產品領域，比如將作為新世代半導體與SiC同樣備受關注的GaN（氮化鎵）產品投入量產。下圖1中列出了ROHM功率半導體所對應的Power Capacity（縱軸）和Operating Frequency（橫軸）範圍。長期以來作為半導體材料的Si（矽），其相對應的功率半導體包括「EcoMOS™」和「EcoIGBT™」。另外新世代半導體SiC元件「EcoSiC™」涵蓋了需要超高耐壓和高速開關的市場領域；而GaN元件「EcoGaN™」則涵蓋了需要超高速開關的市場領域。ROHM將這四大產品群統稱為「Power Eco Family」，助力提高應用產品的性能來為構建應用生態系統做出貢獻。下面將按照品牌分別進行介紹。
*截至2025年1月 ROHM調查
| 圖1 : Power Eco Family產品群在不同Power Capacity × Operating Frequency範圍的分佈圖(「EcoSiC™」、「EcoGaN™」、「EcoIGBT™」、「EcoMOS™」是ROHM Co., Ltd.的商標或註冊商標。) |
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3.構成「Power Eco Family」的四大品牌
3-1關於EcoSiC™
EcoSiC™是採用了因性能優於Si而在功率元件領域備受關注的SiC元件品牌。
ROHM自2010年在全球率先實現SiC MOSFET的量產以來，已經自主開發了從SiC晶圓製造到元件結構、製程、封裝和品質管理方法等SiC元件所需的各種技術。另外ROHM還提供各種形式的SiC元件，其中包括SiC裸晶片、SiC SBD和SiC MOSFET等Discrete元件及SiC模組。不僅如此，為滿足SiC市場不斷擴大的需求，ROHM於2023年開始生產8英吋基板，並計畫從2025年開始量產並銷售相關元件產品。在日本宮崎縣國富町新建的宮崎第二工廠，一部分生產線已正式進入試作稼動階段。該工廠透過收購另一家公司的廠房及無塵室，實現了快速有效的投資，還獲得了日本政府經濟產業省的支援。ROHM正在透過這些努力，不斷強化快速成長的SiC市場需求對應能力。
在車載設備領域，xEV牽引逆變器對SiC的需求成長最快，加速SiC產品在相關應用中的導入。例如2024年8月，吉利的高階電動車品牌「ZEEKR」牽引逆變器採用ROHM裸晶片。另外ROHM還專注於模組開發，推出了非常適合驅動牽引逆變器的封裝型SiC模組TRCDRIVE pack™。該TRCDRIVE pack™成功實現了業界頂級功率密度，有助逆變器的小型輕量化，Valeo的次世代逆變器也已經計畫採用（圖2）。綜上所述，ROHM的EcoSiC™因具備領先業界的元件技術、靈活的商業模式和穩定的供貨體系等優勢，獲得了客戶高度好評，及全球130多家公司的Design-Win。
| 圖2 : 實現了業界頂級功率密度的TRCDRIVE pack™(「TRCDRIVE pack™」是ROHM Co., Ltd.的商標或註冊商標。) |
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在工業設備領域，ROHM還針對PV逆變器（太陽能發電逆變器）、EV充電樁、DC-DC轉換器等應用積極擴充產品陣容。目前正在開發1,500V系統用的2kV耐壓SiC MOSFET，並計畫繼續強化對高電壓工業設備應用的支援。關於SiC SBD，ROHM已經擁有650V～1,700V的Discrete或裸晶片等產品陣容，相關產品不僅在光伏逆變器相關應用中被廣泛採用，在電動車充電樁的PFC單元等應用中也越來越多被採用。此外在工業設備領域，ROHM還正在加速建立向模組製造商提供SiC裸晶片的商業模式，例如加強與SEMIKRON在車載設備和工業設備領域的合作，並已經開始為其提供SiC和IGBT裸晶片。
在產品開發方面，ROHM正在進行下一世代、即第5代SiC MOSFET的開發，計畫於2025年推出。與目前的第4代產品相比，第5代產品在高溫條件下工作時的導通電阻預計會降低約30%，有助進一步提高效率。另外ROHM還透過縮短產品開發週期，來快速回應市場變化並滿足客戶需求。
●應用示例
工業設備：光伏逆變器、UPS（不斷電系統）、EV充電樁、DC-DC轉換器
車載設備：牽引逆變器、輔助逆變器、OBC（車載充電器）、DC-DC轉換器
3-2關於EcoGaN™
EcoGaN™是透過大幅發揮GaN的性能，助力應用產品進一步節能和小型化的ROHM GaN元件品牌，該系列產品有助應用產品進一步降低功耗、實現週邊元件小型化、減少設計工時和元件數量。該品牌不僅包括GaN HEMT單顆產品，還包括內建控制器、搭載GaN的IC產品。另外EcoGaN™期望成為「易用的GaN元件」，並促進GaN在各種應用中的導入。這將有助應用產品實現高效工作，進而為實現無碳社會做出貢獻。
2022年ROHM的第一個EcoGaN™產品系列150V耐壓GaN HEMT實現量產，2023年實現業界頂級元件性能（RDS（ON）×Ciss / RDS（ON）×Coss）的650V耐壓GaN HEMT投入量產。該產品已經被臺達電子旗下品牌Innergie的「C4 Duo」、「C10 Duo」等AC Adapter採用，為AC Adapter的小型化和高效工作做出貢獻。
與Si元件相比，GaN元件可以提高應用產品效率，並實現電感和散熱元件的小型化，但因其閘極驅動非常困難，處理難度之高已成為阻礙GaN元件普及的一個障礙。ROHM不僅提高了GaN HEMT單品性能，還致力將其與融入ROHM擅長的類比技術優勢的LSI相結合，實現「易用的GaN」。將650V耐壓GaN HEMT和閘極驅動器等元件一體化封裝的Power Stage IC（SiP：System in Package）「BM3G0xxMUV-LB」就是第一款根據該理念所開發並實現量產的產品（圖3）。該產品可輕鬆替換現有的Si MOSFET，而且可使元件體積減少約99%，功率損耗減少約55%。今後ROHM還計畫開發採用超高速脈衝控制技術Nano Pulse Control™的GaN驅動用控制器IC等產品，加速普及「易用的GaN元件」，為進一步提高電源效率貢獻力量。此外ROHM還計畫將配備功率因數校正電路（PFC）的Power Stage IC和配備半橋電路的產品投入量產，預計到2026年ROHM將可以提供融合GaN HEMT、閘極驅動器IC和控制器IC於一體的整合型解決方案。另外在EcoGaN™專頁中，也同時公開了包括開發中產品在內的最新EcoGaN™解決方案相關資訊。
預計GaN元件市場將在2020年代後半開始出現快速成長，有望被廣泛運用於車載領域的OBC等應用。在車載GaN元件的開發和量產方面，ROHM計畫透過各種行動，靈活利用委外代工和OSAT，來加速車載GaN元件的量產上市。
●應用示例
工業設備：伺服器電源、基地臺電源
消費電子：AC Adapter（USB充電器）、無線路由器
車載設備*：OBC（車載充電器）、DC-DC轉換器
*車載產品目前正在開發中，預計於2026年起生產。
3-3關於EcoIGBT™
EcoIGBT™是ROHM所開發的IGBT產品，包括元件和模組在內的品牌名稱，非常適用於對耐壓能力要求高的功率元件領域。目前IGBT的性價比優於SiC MOSFET，因此在注重成本的大功率應用、和不要求小型化的應用市場中，其需求量依然很高。ROHM預計今後IGBT市場將會持續擴大，因此正在積極進行相關的技術研發。
ROHM於2010年開始進行IGBT的研發，並於2012年開始量產。目前已經在包括日本滋賀工廠在內的多個生產據點進行生產。2024年ROHM推出了最新一代（第4代）的IGBT產品—1,200V耐壓「RGA系列」（圖4）。該產品實現了業界頂級特性，與傳統產品相比，功率損耗減少了35%，短路耐受時間提高到10μs，因此已被車載電動壓縮機和工業逆變器等採用或考慮採用。另外該產品也已成功導入SEMIKRON-Danfoss功率模組。
對於IGBT而言，如何優化特定應用所需要的特性是非常重要的。例如汽車空調的電動壓縮機相關產品注重短路耐受能力，光伏逆變器等產品則需要減少開關損耗。ROHM為了充分平衡這些產品特性，正在根據應用需求對元件結構和雜質濃度等進行精細調整，以設計出滿足客戶需求的產品。今後ROHM還計畫推出650V耐壓的「RGE系列」和「RGH系列」等新產品系列，以滿足眾多應用（比如車載OBC、光伏逆變器等工業設備和空調等消費電子產品）的需求。另外ROHM還致力開拓將IGBT和閘極驅動器IC相結合的IPM（智慧功率模組）市場，透過功率損耗和雜訊更低的產品，強化在IPM市場的競爭力。
ROHM也已經著手開發第5代IGBT，目標是在2026年到2027年推出新產品。第5代產品不是現有技術的延伸，而是透過全新元件結構來進一步提高性能。關於IGBT市場，雖然受到SiC元件逐漸普及的影響，但ROHM認為在工業設備和車載設備為主的市場中IGBT仍會持續成長，因此計畫在未來持續擴大EcoIGBT™的產品陣容。
| 圖4 : 三相逆變器採用第4代IGBT「RGA系列」和傳統市場競品的比較 |
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●應用示例
工業設備：工業逆變器、工業機器人
消費電子：空調、冰箱、洗衣機
車載設備：車載電動壓縮機、輔助逆變器、車載HV加熱器、OBC（車載充電器）
3-4關於EcoMOS™
EcoMOS™是ROHM所開發耐壓在600V以上的Si MOSFET，是包括元件和模組在內的品牌名稱，非常適用於功率元件領域對耐壓能力要求高的應用。EcoMOS™採用的是在保持耐壓能力的同時，可降低導通電阻（RDS（ON））並減少閘極電荷（Qg）的Super Junction技術。
EcoMOS™適用於冰箱、電動車充電樁和伺服器電源等眾多應用。由於這些產品有很多參數（比如重視雜訊性能或開關性能等不同性能的參數），ROHM提供的產品陣容豐富，客戶可以根據需求進行靈活選擇。例如與市場競品相比，開關損耗減少約30%且實現了低雜訊特性的「R60xxRNx」系列，非常適用於冰箱和換氣扇等注重雜訊性能的小型馬達驅動應用。另外存在權衡取捨關係的反向恢復時間（trr）和導通電阻（RDS（ON））同時得到改善、開關損耗比市場競品降低約17%的「R60xxVNx」系列，非常適用於處理大功率的電動車充電樁和伺服器等電源電路，以及日益普及的變頻空調等的馬達驅動應用（圖5）。
| 圖5 : R60xxVNx系列與市場競品的開關損耗比較 |
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●應用示例
工業設備：電動車充電樁、光伏逆變器、伺服器
消費電子：空調、冰箱、換氣扇
4.結語
本文介紹了構成「Power Eco Family」的四大品牌產品。ROHM對每一個品牌都非常注重產品開發速度、應用產品設計過程中的支援體系強化以及穩定供貨，並考慮合作生產和聯合開發。透過助力應用產品節能和小型化，為減少全球的耗電量和產品原料量貢獻力量。透過與所有利益相關者共同擴大「Power Eco Family」產品線，為構建應用生態系統做出貢獻（圖6）。
| 圖6 : 透過擴大「Power Eco Family」產品線，構建應用生態系統 |
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