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车载市场领先者,罗姆200V SBD如何取代FRD

王小伟 2019/9/5 11:35:00

在车载市场,目前电气化和自动驾驶等高性能需求正在飞速发展,需要开发出比以前更高效的元器件。罗姆为了迎合车载市场高效率和高质量的需求,开发了超低IR型RBxx8系列,这款系列产品深受众多车载电气设备制造商的好评。那RBxx8BM/NS200新产品为何能取代车载市场200V的FRD的呢?“低功耗、小型化”,ROHM半导体(北京)有限公司技术中心所长水原德健在RBxx8BM/NS200新产品发布会上向电子技术应用这样形容到。

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水原德健, ROHM半导体(北京)有限公司技术中心所长

“一直想取代(200V FRD)但是取代不了的原因是之前IR没有做下来”,肖特基二极管生产工艺不会变,每家厂商都在改变材料以追求更高性能,本次200V产品的成功与罗姆半导体工程师们的反复试验是密不可分的。

ROHM已实现可在车载的高温环境下使用的耐压达150V的超低IR SBD RBxx8系列的量产,近年来,在48V轻度混合动力等驱动系统中,将电机和外围部件集成于1个模块的“机电一体化”已成为趋势技术,能够在高温环境下工作的高耐压、高效率SBD的需求日益高涨。而另一方面,在以往使用150V产品的系统中,高性能化和高可靠性要求越来越严格,因此要求SBD要具有更高的耐压性能。

肖特基的改善

降低IR  整个汽车除了电池电机没有电路之外,从摄像头开始一直到里面的主机逆变器全部都有肖特基的要求,车载和电源设备对高效肖特基的需求越来越多,但是和普通FRD相比,肖特基的IR又偏高,这是罗姆工程师遇到的一个重要课题。FRD是一个半导体加半导体,但是肖特基是半导体上面加一个金属,“我们改变了肖特基金属的特性。”

二极管有两个最大的特性,正方向的电压和逆方向的电流,VF和IR,它们两个是成反比的关系,随着一个变大另一个则会变小。罗姆的肖特基二极管产品,分为四个系列:一个是超低VF、一个超低IR,和两个在这个之间,有低VF的,有低IR的。经过多种材料的反复试验,在采用Pt材料改善肖特基金属特性之后,IR大幅降低,即逆方向的电流比较低,这最大的好处是在高温的环境下可以稳定运转,适合汽车运转起来时的高温环境,不会出现热失控。

缩小封装  FRD替换为SBD后VF特性可降低约11%,有助于应用的低功耗化,更低VF可抑制发热量,因此与以往产品相比,可实现同一尺寸小型封装设计。200V的产品到现在还是以快恢复或者整流二极管较多,封装较大。比如原用FRD的时候,200V、3A左右的产品,大约用到SMC封装,产品尺寸很大。如果要改成肖特基,可以改成很小,比如说SMA比它还要小的产品,大约是它的71%左右,可以使它的体积降低到原来的三分之一以下。

FRD转换成肖特基可以使它全体小型化,本次200V的四种产品,封装主要是以DPAK、D2PAK为主,接下来会把DPAK和D2PAK做到更小型一些,用TO-277产品做。现有的PMDS、 SMC、SMA这种产品用PMDE,更小型化、更模型化的封装制作,这也是罗姆产品今后的发展趋势:在保证相同特性的情况下把产品线做得越来越多,把整个封装做得越来越小。

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本次新品主角:200V肖特基势垒二极管“RBxx8BM/NS200

质量管控

罗姆公司的三大战略:第一个是功率器件,第二个是通用器件,第三个是模拟器件。罗姆的功率元器件战略即力争全球领先的市场份额。“在全球的市场上罗姆二极管的市场份额占第三位,大约占有10%左右的份额;如果只在车载市场上看罗姆二极管的份额在全球是第一位,大约占20%。”ROHM功率器件制造本部、功率二极管制造部、商品开发部组长田中宏幸先生如此介绍ROHM的市场地位。

罗姆功率二极管60%的销售份额来自于车载市场,本次产品主要应用在动力传动系统等车载系统(xEV等)、工业设备逆变器、各种电源设备等,全部都是支持AEC-Q101,都是对应车载的产品,在车载上可以高温运转,可以使它节能,可以使小型化的新产品。

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田中宏幸, ROHM功率器件制造本部、功率二极管制造部、商品开发部组长

“C、A、S、E”增长计划

200V肖特基势垒二极管已于2019年7月份开始出售样品,预计将于2019年9月开始以月产100万个的规模投入量产,前期工序的生产基地为日本冈山工厂,后期工序的生产基地为泰国和韩国工厂。刚刚发布的新品为何可以排出如此产量规模? “二极管,特别是肖特基二极管在汽车行业上会得到很大的应用,比如汽车行业,包括电动汽车,从2019-2024年的5年期间增长比较大,平均年增长15%左右”,水原先生如此描述汽车行业二极管的发展趋势!主要增长具体来说,就是“CASE”,C是Connected,跟外部相连的信息娱乐系统;A,是自动驾驶或者Autonomous;S是我们所说的Share,也就是网关;E就是三电、电气化,OBC、逆变器、DC/DC或者LED灯。

在车上所需要的信息量越来越大,即所需要的ECU会越来越增加。但是汽车里面的位置是固定的,空间是固定下来的,不可能功能越多而使每个产品的体积变得越来越大,只能在固定的体积下把功能做得越来越多,这样需要里面的所有产品越来越小型化,罗姆的肖特基就符合所需要的小型化、高效化。“随着产品要求的小型化、高效化、高可靠性,和在高温情况下得到稳定运转,这种要求使肖特基的需求越来越多,这就是在汽车行业上为什么肖特基用得越来越多的原因”。

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