支持电子设备进一步降低功耗的第5代平面型肖特基势垒二极管

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支持电子设备进一步降低功耗的第5代平面型肖特基势垒二极管

2024.06.05

本文的关键要点

・随着对节能减碳措施的要求提高，在各种电气和电子设备中，高效开关电源的应用日益广泛。

・ROHM第5代平面肖特基势垒二极管的效率比上一代产品又提高了25%，有助于进一步提高开关电源的效率。

为了实现碳中和，要求进一步降低功耗

近年来，在世界各地严重的气象灾害频发。要弄清气象灾害与全球变暖之间的明确关系并非易事。然而，日益严重的气候变化导致未来暴雨和极端热浪的风险进一步增加，有观点指出，这些问题可能会对农林渔业、生态系统、健康、工业和经济活动等造成前所未有的严重影响。

只为了追求眼前的富裕和发展而形成的工业和社会体系，已经无法创造可持续发展的未来。为了应对这种危机状况，全球120多个国家和地区正在以“2050年实现碳中和”为目标，努力采取各种措施推进节能减碳。2021年，日本政府也制定了《2050年碳中和绿色增长战略》。除了推广使用太阳能和海上风电等可再生能源外，日本政府还宣布将推动进一步降低汽车、工厂设备以及家庭和办公场所用的各种装置和设备的功耗。

对于现代社会不可或缺的电子设备而言，也同样需要进一步降低功耗。在考虑如何降低电子设备的功耗时，往往容易只针对诸如电脑和智能手机中的处理器、显示器和通信电路这类的功耗较大的部件考虑措施。当然，降低这类部件的功耗也很重要，但要想更有效地节能减碳，还需要针对电源电路、保护电路等确保设备稳定运行和可靠性所必需的电路，采取更好的措施降低功耗（图1）。为了满足这些社会需求，以往优先考虑低价而非电源效率的应用，也开始越来越多地采用更小型、功率转换效率更高的开关电源。

图1. 为了进一步节能减碳，要求电子设备的电源电路也要进一步降低功耗

适用于小型高效开关电源应用的二极管的选型方法

在车载设备、工业设备、消费电子设备等领域，在开关电源中负责整流和保护电路免受过电压等影响的保护电路中，广泛地使用小型高效的肖特基势垒二极管（SBD）。在电流只能沿一个方向流动的电子器件——二极管中，肖特基势垒二极管是一种利用了由金属和半导体接触形成的势垒的产品。与PN结二极管相比，这种二极管具有正向电压（VF）更低、功率损耗更少、开关特性更优异的特点。为了实现功率转换效率更高的开关电源，加之受到追求节能减碳型应用产品的开发热潮推动，肖特基势垒二极管的应用正在不断扩大。

不过，要想使其适用于更多的应用，就需要根据应用需求选择具有最佳特性的肖特基势垒二极管了。与PN结二极管相比，肖特基势垒二极管具有反向流动的漏电流(I_R)较大、发热量较大、如果不进行适当的热设计就会导致热失控的缺点。另外，通常V_F和I_R之间存在此消彼长的权衡关系，因此需要正确判别是要求低V_F的应用还是要求低I_R的应用，然后选择具有合适特性的肖特基势垒二极管，即根据需求区分使用。

肖特基势垒二极管的应用领域众多，不同的应用产品所要求的特性也各不相同。根据不同的应用产品需求，正确判断V_F和I_R之间的最佳平衡，并选择具有适当耐压能力和电流容量的肖特基势垒二极管，这一点非常重要。

ROHM推出第5代平面型肖特基势垒二极管，有助于应用产品实现更高的效率

针对存在权衡关系的V_F和I_R特性，通过改进肖特基势垒二极管的器件结构和制造工艺，可以在两者之间实现更好的平衡。

ROHM提供超低V_F的“RBS系列”、低V_F的“RBR系列”、低I_R的“RBQ系列”、超低I_R的“RBxx8系列”等丰富的产品，适合不同的应用（图2）。尤其是在对品质要求特别高的车载市场，ROHM产品已经得到广泛使用。

图2. ROHM提供多种肖特基势垒二极管，可以满足不同的应用需求

另外，ROHM也在持续推动产品性能的不断改进。2021年6月，在RBR系列和RBQ系列中，新增了采用ROHM自有平面型元件工艺的第5代产品。在这两个系列中，新产品的效率均比上一代提高了25%。RBR系列和RBQ系列中均有符合AEC-Q101汽车电子产品可靠性标准、能够确保高可靠性的产品。

有助于进一步降低功耗和小型化的第5代RBR/RBQ系列

RBR系列中新增的产品不仅保持了目标应用所要求的I_R特性，与相同尺寸的以往产品相比，其V_F特性改善了约25%，损耗更低（图2）。第5代产品与性能同等的以往产品相比，封装尺寸更小。

图3. 基本特性得以显著改善的第5代肖特基势垒二极管
（左）RBR系列与以往产品的正向电压（V_F）比较、
（右）RBQ系列与以往产品的反向电流（I_R）导致的反向功率损耗比较

RBR系列中新增的12款（消费电子设备用和车载设备用各6款）第5代产品，芯片采用的是尺寸仅为2.5mm×1.6mm的PMDE封装。通过替换为PMDE封装芯片，实现了与以往3.5mm×1.6mm尺寸PMDU封装中的元件同等的特性，并且安装面积也比以往产品少约42%。目前，新产品已被众多应用产品采用，其中包括用较低电压驱动的电动汽车（EV）的车载充电器、LED前照灯、汽车配件和笔记本电脑等应用。

RBQ系列新增的产品，与以往产品相比，反向功率损耗降低了60%。该优势可进一步降低高温工作期间产生热失控的风险，实现优异的温度特性。RBQ系列中新增的12款第5代产品（消费电子设备用和车载设备用各6款）均为100V耐压产品。适用于工业设备用电源、音响、笔记本电脑、各种电动汽车（xEV）、引擎控制用的ECU、AC-DC转换器、DC-DC转换器的二次侧整流等需要高电压驱动和可能在高温环境中使用的应用。

ROHM的肖特基势垒二极管RBR系列和RBQ系列可以说是实现电子设备节能减碳目标不可或缺的器件。