1.前言

近年來，全球耗電量逐年增加，在工業(yè)和交通運輸領域的增長尤為顯著。另外，以化石燃料為基礎的火力發(fā)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(xiàn)零碳社會，努力提高能源利用效率并實現(xiàn)碳中和已成為全球共同的目標。

在這種背景下，羅姆致力于通過電子技術解決社會問題，專注于開發(fā)在大功率應用中可提升效率的關鍵——功率半導體，并提供相關的電源解決方案。本白皮書將通過“Power Eco Family”的品牌理念，介紹為構建應用生態(tài)系統(tǒng)做出貢獻的羅姆功率半導體以及相關的舉措。

2. 市場需求和羅姆的舉措

近年來，隨著電動汽車、能量收集等眾多領域用電量的快速增長，對于各類應用中配備的電源系統(tǒng)，要求實現(xiàn)高效率化、小型化、輕量化等性能提升。因此，要求功率半導體也要具有更高的性能和更強的嚴苛環(huán)境適用性。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，功率半導體的應用范圍也在不斷擴大，需求量也與日俱增。

多年來，羅姆在功率半導體領域積累了豐富的專業(yè)經驗和技術實力，其中包括于全球首家*實現(xiàn)了SiC(碳化硅) MOSFET的量產。另外，預計相關產品的市場需求會進一步擴大，羅姆也在不斷開拓新的產品領域，比如將作為下一代半導體與SiC同樣備受關注的GaN(氮化鎵)產品投入量產。下圖1中列出了羅姆功率半導體對應的功率容量(縱軸)和工作頻率(橫軸)范圍。長期以來一直被用作半導體材料的Si(硅)，其相應的功率半導體包括“EcoMOS?”和“EcoIGBT?”。另外，新一代半導體SiC元器件“EcoSiC?”覆蓋需要超高耐壓和高速開關的領域;而GaN器件“EcoGaN?”則覆蓋需要超高速開關的領域。羅姆將這四大產品群統(tǒng)稱為“Power Eco Family”，并通過助力提高應用產品的性能來為構建應用生態(tài)系統(tǒng)做出貢獻。下面將按品牌分別進行介紹。

*截至2025年1月 羅姆調查數(shù)據(jù)

圖1：Power Eco Family產品群在不同功率容量×工作頻率范圍的分布圖

3. 組成“Power Eco Family”的四大品牌

3-1. 關于EcoSiC?

EcoSiC?是采用了因性能優(yōu)于Si而在功率元器件領域備受關注的SiC的元器件品牌。

羅姆自2010年在全球率先實現(xiàn)SiC MOSFET的量產以來，已經自主開發(fā)了從SiC晶圓制造到元器件結構、制造工藝、封裝和品質管理方法等SiC元器件所需的各種技術。另外，羅姆還提供各種形式的SiC元器件，其中包括SiC裸芯片、SiC SBD和SiC MOSFET等分立器件以及SiC模塊。不僅如此，為滿足SiC市場不斷擴大的需求，羅姆于2023年開始生產8英寸襯底，并計劃從2025年開始量產并銷售相應的元器件。在日本宮崎縣國富町新建的宮崎第二工廠中，一部分生產線已正式進入試作稼動階段。該工廠通過收購另一家公司以前的工廠建筑以及無塵室，實現(xiàn)了快速有效的投資，還獲得了日本經濟產業(yè)省的支持。羅姆正在通過這些努力，不斷增強滿足快速增長的SiC市場需求的能力。

在車載設備領域，xEV牽引逆變器對SiC的需求增長最快，SiC產品在其中的應用加速。例如，2024年8月，吉利的高端電動汽車品牌“ZEEKR”的牽引逆變器采用了羅姆的裸芯片。另外，羅姆還專注于模塊開發(fā)，推出了非常適合驅動牽引逆變器的封裝型SiC模塊TRCDRIVE pack?。TRCDRIVE pack?實現(xiàn)了業(yè)界超高的功率密度，有助于逆變器的小型輕量化，法雷奧的下一代逆變器已經計劃采用(圖2)。綜上所述，羅姆的EcoGaN?因具備業(yè)界先進的元器件技術、靈活的商業(yè)模式和穩(wěn)定的供應體系等優(yōu)勢，而獲得了客戶高度好評，并已斬獲全球130多家公司的Design Win(贏得設計)。

圖2：實現(xiàn)了業(yè)界超高功率密度的TRCDRIVE pack?

在工業(yè)設備領域，羅姆還面向PV逆變器(太陽能發(fā)電逆變器)、EV充電樁、DC-DC轉換器等應用積極擴展產品陣容。目前正在開發(fā)1,500V系統(tǒng)用的2kV耐壓SiC MOSFET，并計劃繼續(xù)增強對高電壓工業(yè)設備應用的支持力度。關于SiC SBD，羅姆已經擁有650V～1,700V分立或裸芯片的產品陣容，相關產品不僅在光伏逆變器應用中被廣泛采用，在電動汽車充電樁的PFC單元等應用中也已被越來越多地采用。此外，在工業(yè)設備領域，羅姆還正在加速建立向模塊制造商提供SiC裸芯片的商業(yè)模式，例如，加強與賽米控丹佛斯在車載設備和工業(yè)設備領域的合作，并已經開始為其提供SiC和IGBT裸芯片。

在產品開發(fā)方面，羅姆正在進行下一代即第5代SiC MOSFET開發(fā)，計劃于2025年發(fā)布。與當前第4代產品相比，第5代在高溫條件下工作時的導通電阻預計會降低約30%，有助于進一步提高效率。另外，羅姆還通過縮短下一代產品的開發(fā)周期，來快速響應市場變化并滿足市場需求。

?適用應用示例

工業(yè)設備：光伏逆變器、UPS(不間斷電源)、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. 關于EcoGaN?

EcoGaN?是通過更大程度地發(fā)揮GaN的性能，助力應用產品進一步節(jié)能和小型化的羅姆 GaN器件，該系列產品有助于應用產品進一步降低功耗、實現(xiàn)外圍元器件的小型化、減少設計工時和元器件數(shù)量等。該品牌不僅包括GaN HEMT單品，還包括內置控制器的、搭載了GaN的 IC等產品。另外，EcoGaN?旨在成為“易用的GaN器件”，并促進GaN在各種應用中的使用。這有助于應用產品實現(xiàn)高效率工作，進而為實現(xiàn)無碳社會做出貢獻。

2022年羅姆的第一個EcoGaN?產品系列150V耐壓GaN HEMT實現(xiàn)量產，2023年實現(xiàn)業(yè)界超高器件性能(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適配器采用，為AC適配器的小型化和高效率工作做出了貢獻。

與Si器件相比，GaN器件可以提高應用產品的效率并實現(xiàn)電感器和散熱器件等的小型化，但其柵極驅動很難，而且處理難度之高已成為阻礙其普及的一個障礙。羅姆不僅提高了GaN HEMT單品的性能，還致力于將其與融入羅姆擅長的模擬技術優(yōu)勢的LSI相結合，實現(xiàn)“易用的GaN”。將650V耐壓GaN HEMT和柵極驅動器等元器件一體化封裝的Power Stage IC(SiP：System in Package)“BM3G0xxMUV-LB”就是第一款根據(jù)該理念開發(fā)并實現(xiàn)量產的產品(圖3)。該產品可輕松替換現(xiàn)有的Si MOSFET，而且可使器件體積減少約99%，功率損耗減少約55%。未來，羅姆還計劃開發(fā)采用超高速脈沖控制技術“Nano Pulse Control?”的GaN驅動用控制器IC等產品，通過普及“易用的GaN器件”，為進一步提高電源效率貢獻力量。此外，羅姆還計劃將配備功率因數(shù)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，羅姆將可以提供集GaN HEMT、柵極驅動器IC和控制器IC于一體的綜合解決方案。另外，在EcoGaN?特設頁面(英文)中，會發(fā)布包括正在開發(fā)中的產品在內的最新EcoGaN?解決方案信息。

預計GaN器件市場將在本世紀20年代后半期快速增長，并有望被廣泛用于車載領域的OBC等應用。在車載GaN器件的開發(fā)和量產方面，羅姆計劃通過各種舉措，比如與臺積(Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited，TSMC)建立合作伙伴關系、靈活利用代工廠和OSAT，來加快推出車載GaN器件的速度。

圖3：Power Stage IC的優(yōu)勢

?適用應用示例

工業(yè)設備：服務器電源、基站電源

消費電子：AC適配器(USB充電器)、無線路由器

車載設備*：OBC(車載充電器)、DC-DC轉換器

*車載設備用的產品目前正在開發(fā)中，計劃于2026年發(fā)布。

3-3. 關于EcoIGBT?

EcoIGBT?是羅姆開發(fā)的非常適用于功率元器件領域對耐壓能力要求高的應用的IGBT，是包括器件和模塊在內的品牌名稱。目前，IGBT的性價比優(yōu)于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中，其需求量依然很高，羅姆預計未來IGBT市場將會繼續(xù)擴大，因此正在推進相關的技術開發(fā)。

羅姆于2010年開始IGBT的研發(fā)，并于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基地實施生產。2024年，羅姆推出了最新一代(第4代)IGBT產品——1,200V耐壓的“RGA系列”(圖4)。該產品實現(xiàn)了業(yè)界超高特性，與以往產品相比，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(yè)逆變器等應用采用或考慮采用。另外該產品已經被用于賽米控丹佛斯的電源模塊。

對于IGBT而言，優(yōu)化特定應用所需的特性非常重要。例如，汽車空調的電動壓縮機用的產品注重短路耐受能力，光伏逆變器等用的產品則需要減少開關損耗。羅姆為了很好地平衡這些產品特性，正在根據(jù)應用需求對器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。未來，羅姆計劃推出650V耐壓的“RGE系列”和“RGH系列”等新產品，以滿足眾多應用(比如車載OBC、光伏逆變器等工業(yè)設備和空調等消費電子產品)的需求。另外，羅姆還致力于開拓將IGBT和柵極驅動器IC相結合的IPM(智能功率模塊)市場，通過功率損耗和噪聲更低的產品，增強在IPM市場的競爭力。

羅姆也已經著手開發(fā)第5代IGBT，目標是在2026年到2027年發(fā)布相關新產品。第5代產品不是現(xiàn)有技術的延伸，而是旨在通過采用新的器件結構來進一步提高性能。關于IGBT市場，雖然有SiC元器件普及所帶來的影響，但羅姆認為工業(yè)設備和車載設備為主的市場將會持續(xù)增長，因此計劃在未來繼續(xù)擴大EcoIGBT?的產品陣容。

圖4：三相逆變器采用第4代IGBT“RGA系列”和以往普通產品時的比較

?適用應用示例

工業(yè)設備：工業(yè)逆變器、工業(yè)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. 關于EcoMOS?

EcoMOS?是羅姆開發(fā)的非常適用于功率元器件領域對耐壓能力要求高的應用的耐壓600V以上的Si MOSFET，是包括器件和模塊在內的品牌名稱。EcoMOS?采用的是在保持耐壓能力的同時可降低導通電阻(RDS(ON))并減少柵極電荷(Qg)的超級結(Super Junction)技術。

EcoMOS?適用于冰箱、電動汽車充電樁和服務器電源等眾多應用。由于這些產品有很多參數(shù)(比如重視噪聲性能或開關性能等不同性能的參數(shù))，羅姆提供的產品陣容中產品豐富，客戶可以根據(jù)應用需求靈活選擇。例如，與普通產品相比，開關損耗減少約30%且實現(xiàn)了低噪聲特性的“R60xxRNx”系列，非常適用于冰箱和換氣扇等注重噪聲性能的小型電機驅動應用。另外，存在權衡關系的反向恢復時間(trr)和導通電阻(RDS(ON))同時得到改善、開關損耗比普通產品低約17%的“R60xxVNx”系列，非常適用于處理大功率的電動汽車充電樁和服務器等的電源電路，以及日益普及的變頻空調等的電機驅動應用(圖5)。

圖5：R60xxVNx系列與普通產品的開關損耗比較

?適用應用示例

工業(yè)設備：電動汽車充電樁、光伏逆變器、服務器

消費電子：空調、冰箱、換氣扇

4. 結語

本文介紹了組成“Power Eco Family”的四大品牌。羅姆對每一個品牌都非常注重產品開發(fā)速度、應用產品設計過程中的支持體系強化以及穩(wěn)定供應等，并會考慮合作生產和聯(lián)合開發(fā)等方式。通過助力應用產品的節(jié)能和小型化，為減少全球的耗電量和產品用材量貢獻力量;并通過與所有利益相關者共同擴大“Power Eco Family”，為創(chuàng)建應用生態(tài)系統(tǒng)做出貢獻(圖6)。

圖6：通過擴大“Power Eco Family”，構建應用生態(tài)系統(tǒng)

?文中的所有內容均為截至2025年1月的信息。