La quarta generazione di nuovi MOSFET SiC, che presenta la più bassa resistenza di ON del settore

Se ne prevede un ampio utilizzo negli inverter di trazione principale dei veicoli elettrici grazie all'avanzato design

Willich-Münchheide, Germania, 17 giugno 2020 – ROHM annuncia i MOSFET SiC di quarta generazione da 1200 V, basati su tecnologie di punta, sono ottimizzati per i sistemi di powertrain nel settore automotive, compreso l'inverter di trazione principale, e per gli alimentatori di apparecchiature industriali. Negli ultimi anni la proliferazione dei veicoli elettrici di prossima generazione (xEV) ha accelerato lo sviluppo di sistemi elettrici di minori dimensioni, più leggeri e più efficienti. In particolare una delle sfide più importanti resta migliorare l'efficienza diminuendo contemporaneamente le dimensioni dell'inverter principale, che riveste un ruolo centrale nel sistema di azionamento, obiettivo che richiede ulteriori progressi nell'ambito dei dispositivi di potenza. La capacità della batteria di bordo sta aumentando per migliorare l'autonomia di crociera dei veicoli elettrici, analogamente alla progressione dell'utilizzo di batterie a tensione più alta (800 V) per soddisfare la domanda di tempi di ricarica più brevi. Per risolvere queste sfide, i progettisti hanno urgente necessità di poter contare su dispositivi di potenza SiC in grado di sostenere elevate tensioni pur garantendo basse perdite. ROHM, ormai da tempo all'avanguardia nella produzione di SiC, ha già avviato la produzione in massa dei MOSFET SiC nel 2010, anticipando il settore. Fin dai primi tempi ROHM ha rafforzato la sua già considerevole linea includendovi prodotti qualificati AEC-Q101, il che ha consentito all'azienda di detenere un'ampia quota di mercato nel campo dei caricabatterie di bordo del settore automotive (OBC). Spesso nei semiconduttori di potenza esiste una relazione di equilibrio fra resistenza di ON e tempo di tenuta al cortocircuito, finalizzato a ottenere una resistenza di ON dei MOSFET SiC più bassa. ROHM è riuscita a migliorare questa relazione di bilanciamento e a ridurre del 40% la resistenza di ON per area specifica rispetto ai prodotti convenzionali – senza sacrificare il tempo di tenuta al cortocircuito, grazie all'ulteriore ottimizzazione dell'originale struttura double trench. Inoltre, la sensibile riduzione della capacità elettrica parassita (che in fase di commutazione rappresenta un problema) permette di ottenere una perdita di commutazione inferiore del 50% rispetto alla nostra precedente generazione di MOSFET SiC. Il risultato è che la quarta generazione di nuovi MOSFET SiC di ROHM è in grado di opporre una bassa resistenza di ON associata ad alta velocità di commutazione, contribuendo ad una maggiore miniaturizzazione e a consumi di energia inferiori in un gran numero di applicazioni, compresi gli inverter del settore automotive e gli alimentatori switching. A partire da giugno 2020 sono disponibili campioni di chip, mentre è oramai alle porte l'offerta di package discreti. La prossima fase di ROHM è imperniata sull'ulteriore ampliamento della sua linea di dispositivi di potenza SiC, associando al contempo le tecnologie di modularizzazione ai dispositivi periferici, quali circuiti integrati di controllo progettati per massimizzare la performance allo scopo di contribuire all'innovazione tecnica dei veicoli di prossima generazione. Allo stesso tempo ROHM assicurerà soluzioni alle problematiche della clientela – compresi strumenti di simulazione web-based che riducono le ore di lavoro da dedicare allo sviluppo di applicazioni e contribuiscono ad evitare problemi di valutazione. Caratteristiche fondamentali 1) La struttura trench migliorata garantisce la resistenza di ON più bassa del settore Nel 2015 ROHM ha avviato la produzione di massa dei primi MOSFET SiC del tipo trench del settore utilizzando una struttura originale. Adesso ROHM ha coronato ulteriormente quel successo riuscendo a ridurre la resistenza di ON del 40% rispetto ai prodotti convenzionali, senza sacrificare il tempo di tenuta al cortocircuito: questo grazie all'ulteriore ottimizzazione della sua originale struttura double trench. (fig. 1) 2) Perdita di commutazione inferiore grazie alla sensibile riduzione della capacità elettrica parassita Generalmente le resistenze di ON più basse e le correnti più elevate tendono ad incrementare le varie capacità elettriche parassite nei MOSFET, con il rischio di impedire le intrinseche caratteristiche di alta velocità di commutazione del SiC. Tuttavia ROHM è riuscita ad ottenere una perdita di commutazione inferiore del 50% rispetto ai prodotti convenzionali, riducendo sensibilmente la capacità gate-drain (Cgd). (fig 2) La terminologia in sintesi: I MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, ossia transistor metallo-ossido-semiconduttore a effetto di campo) sono la struttura più comunemente usata nei transistor a effetto di campo (FET). Sono spesso adottati come elementi di commutazione. Il tempo di tenuta al cortocircuito indica il tempo che occorre ad un MOSFET per guastarsi a causa di un cortocircuito. Normalmente, quando si verifica un cortocircuito scorre una corrente elevata che supera il rating massimo. Ciò può comportare un'anomala generazione di calore, il cosiddetto thermal runaway e – infine – la distruzione. Un tempo di tenuta al cortocircuito più lungo è intrinseco ad una relazione di bilanciamento con caratteristiche di prestazione più elevate, come la resistenza di ON. Struttura double trench Si tratta dell'originale struttura trench di ROHM. Benché l'adozione di una struttura trench nei MOSFET SiC si sia dimostrata efficace nella riduzione della resistenza di ON, è stato necessario attenuare il campo elettrico generato nella sezione trench gate per assicurare l'affidabilità a lungo termine del dispositivo. Per rispondere a questa esigenza, ROHM ha adottato un'unica struttura double trench, che riduce al minimo la concentrazione del campo elettrico: questa innovazione le ha consentito di diventare nel 2015 la prima azienda fornitrice in grado di produrre in massa i MOSFET SiC del tipo trench. La capacità elettrica parassita è la capacità elettrica intrinseca indotta dalla struttura fisica all'interno dei componenti elettronici. I MOSFET presentano la capacità gate-source (Cgs), la capacità gate-drain (Cgd) e la capacità drain-source (Cds). Cgs e Cgd sono determinate dalla capacità dello spessore di ossido di gate, mentre Cds rappresenta la capacità di giunzione del diodo parassita. Struttura trench La parola 'trench', vale a dire trincea, significa uno stretto scavo o canale. In pratica un design che comporta la formazione di un canale sulla superficie del chip, nonché del gate sulla parete laterale del MOSFET. Non esistono resistenze del JFET rispetto alla configurazione del MOSFET di tipo planare, che permette di realizzare una struttura più sottile rispetto alle topologie planari – ne deriva una resistenza di ON prossima alla prestazione originale del materiale SiC.

Informazioni su ROHM Semiconductor ROHM Semiconductor è una società presente a livello globale da 362.885 milioni di yen (3,326 miliardi di US $ al 31 marzo 2020) e 22.191 dipendenti. ROHM Semiconductor sviluppa e produce una vasta gamma di soluzioni tra cui microcontrollori a bassissima potenza; standard IC per Power Management; transistor e diodi di potenza, diodi, MOSFET e moduli SiC; LED e componenti passivi come resistenze, condensatori al tantalio e LED; testine di stampa termiche. La società dispone di impianti di produzione all'avanguardia in Giappone, Corea, Malaysia, Tailandia, Filippine, Cina e Europa. LAPIS Semiconductor (in precedenza OKI Semiconductor), SiCrystal AG e Kionix sono società del gruppo ROHM Semiconductor. ROHM Semiconductor Europe ha sede nei pressi di Düsseldorf. Da qui serve la regione EMEA (Europa, Medio Oriente e Africa). Per ulteriori informazioni contattare www.rohm.com/eu