車載肖特基二極管耐壓可提升至200V，有望替代快恢復(fù)/整流二極管

　　王?瑩?（《電子產(chǎn)品世界》，北京?100036）

　　摘 ? 要：在車載二極管市場(chǎng)，200 V產(chǎn)品的需求量越來(lái)越大，傳統(tǒng)是整流二極管和快恢復(fù)二極管主導(dǎo)的領(lǐng)域；不過(guò)，現(xiàn)在出現(xiàn)了顛覆者，通過(guò)改進(jìn)肖特基勢(shì)壘二極管的阻擋金屬材料，肖特基勢(shì)壘二極管可實(shí)現(xiàn)高達(dá)200 V的耐壓，從而顯著改善正向電壓V F 特性（比以往FRD低約11％）。例如，ROHM已推出了這種新型肖特基勢(shì)壘二極管（SBD），實(shí)現(xiàn)了小型化、耐高溫、低功耗。

　　關(guān)鍵詞：肖特基；二極管；快恢復(fù)；整流

　　1 肖特基在車載領(lǐng)域的潛力大

　　二極管主要由幾種產(chǎn)品構(gòu)成。如圖1，小電壓、小電流時(shí)一般采用齊納二極管或TVS（瞬態(tài)電壓抑制）二極管，小電壓、大電流時(shí)用肖特基勢(shì)壘二極管（SBD），大電壓、大電流時(shí)是整流二極管或快恢復(fù)二極管（FRD），高電壓采用新材料——碳化硅肖特基。

　　二極管特別是肖特基二極管在汽車業(yè)有很大的應(yīng)用。主要增長(zhǎng)點(diǎn)可概括為“CASE”。C是Connected（連接），指與外部相連的信息娛樂(lè)系統(tǒng)，由于信息娛樂(lè)系統(tǒng)越來(lái)越豐富，所需要的ECU（電控單元）會(huì)越來(lái)越多。但是汽車?yán)锏奈恢煤涂臻g是固定不變的，因此只能在有限的體積下把功能做得越來(lái)越多，這就需要產(chǎn)品越來(lái)越小型化。肖特基二極管的特點(diǎn)是小型化和高效。

　　盡管市場(chǎng)現(xiàn)在用FRD更多一些，但預(yù)計(jì)肖特基二極管的市場(chǎng)潛力大。

　　“A”指自動(dòng)駕駛（Autonomous）。隨著肖特基二極管的小型化、高效化，可以得到越來(lái)越多的應(yīng)用。

　　“S”指“Share”，即網(wǎng)關(guān)。隨著外部連接和內(nèi)部連接的增加，系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜。隨著小型化、高效化和高可靠性的改進(jìn)，使得肖特基二極管有越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

　　“E”指電氣化，諸如OBC（車載充電器）、逆變器、DC/DC或LED燈等。

　　此外，在小型化和高效化之外，車載產(chǎn)品還有一個(gè)特殊要求：在高溫環(huán)境下可以穩(wěn)定運(yùn)行。因此對(duì)于在高溫環(huán)境下可以更好工作的肖特基二極管需求會(huì)越來(lái)越多。

　　實(shí)際上，汽車上除了電池、電機(jī)（注：因電池和電機(jī)沒(méi)有電路）外，從攝像頭一直到主機(jī)逆變器，都需要肖特基二極管，所以肖特基二極管在車載市場(chǎng)是需求較大的產(chǎn)品。

　　2 ROHM的新產(chǎn)品RBxx8BM/NS200：耐高溫、節(jié)能和小體積

　　2019年8月，羅姆株式會(huì)社（ROHM）推出了型號(hào)為RBxx8BM/NS200的肖特基二極管，是可以在高溫環(huán)境下工作的超低I R 產(chǎn)品。由于改進(jìn)了肖特基二極管的阻擋金屬材料，可實(shí)現(xiàn)了高達(dá)200V的耐壓，能顯著改善正向電壓V F 特性（比以往FRD低約11％）。不僅有助于進(jìn)一步降低應(yīng)用的功耗，還可因發(fā)熱量降低而實(shí)現(xiàn)小型封裝設(shè)計(jì)，從而進(jìn)一步節(jié)省空間。

　　ROHM功率器件制造本部、功率二極管制造部、商品開發(fā)部組長(zhǎng)田中宏幸先生與ROHM半導(dǎo)體（北京）有限公司技術(shù)中心所長(zhǎng)水原德健介紹了其研發(fā)定位考慮。

　　RBxx8BM/NS200擁有超低的I _R （逆向電流）特性。I _R 較低，最大的好處是在高溫環(huán)境下可以穩(wěn)定工作。

　　當(dāng)然，I _R 很低、V _F 很高也不夠，還要把V _F 也做低。V _F 低的優(yōu)勢(shì)是可降低設(shè)備功耗。因此，ROHM的肖特基二極管的優(yōu)勢(shì)是可以使設(shè)備更節(jié)能化，同時(shí)在高溫下可以穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　目前，200 V產(chǎn)品主要還是快恢復(fù)（FRD）或整流二極管，缺點(diǎn)是封裝很大。如果采用肖特基，可以使它的封裝變得更小，這樣可以節(jié)省空間，即肖特基二極管不僅耐高溫、節(jié)能，還節(jié)省空間。

　　如圖2，和FRD/整流二極管相比，F(xiàn)RD和整流二極管高溫情況運(yùn)轉(zhuǎn)性能還是比較好的，但是其效率和小型化做不上來(lái)。普通肖特基二極管雖然效率和小型化可以做起來(lái)，但是不能在高溫下工作。而ROHM此次發(fā)布的新產(chǎn)品——超低I _R 的RBxx8BM/NS200系列既可以在高溫下運(yùn)轉(zhuǎn)，又可以小型化、高效化，即兼具FRD/整流二極管和普通肖特基的優(yōu)點(diǎn)。

　　那么，為什么ROHM能把RBxx8BM/NS200做到超低I _R ？

　　主要是改善了里面專用的阻擋金屬。眾所周知，F(xiàn)RD是“半導(dǎo)體加半導(dǎo)體”，但是肖特基是半導(dǎo)體上面加金屬。ROHM改變了肖特基金屬的特性，使它的I R 降了下來(lái)。I _R 降低之后，可以使它在高溫環(huán)境下穩(wěn)定去工作，不會(huì)出現(xiàn)熱失控。

　　熱失控是指隨著溫度的升高，I _R 會(huì)升高；I _R 越升高，溫度也越高??，是一種惡性循環(huán)。也就是漏電流越大，溫度越高；溫度越高，漏電流越大??，會(huì)形成溫度上升這種惡性循環(huán)。

　　如果把I _R 改善之后，可以使它沒(méi)有熱失控，就杜絕了這種惡性循環(huán)。這樣在汽車?yán)锩骐m然溫度提高一點(diǎn)，但不會(huì)一直提高。

　　3 RBxx8BM/NS200的具體優(yōu)勢(shì)

　　RBxx8BM/NS200有兩大優(yōu)勢(shì)。第一是低功耗，即非常節(jié)能，主要是因?yàn)楦淖兞薎 _R 特性，實(shí)現(xiàn)了200 V的高耐壓。因此，在普通的車載里應(yīng)用的FRD，可以用肖特基進(jìn)行取代。實(shí)驗(yàn)表明，與FRD相比，V _F 大約降低了11%（如圖3）。

　　第二是小型化，用肖特基取代FRD之后，可以抑制發(fā)熱（注：因肖特基的I _R 低），因此與ROHM以往產(chǎn)品相比，可以更小型。例如，原有要用FRD的場(chǎng)合，200V/3 A左右的產(chǎn)品需要用SMC封裝——產(chǎn)品尺寸很大，如果改成新產(chǎn)品，例如ROHM正在開發(fā)的SOD-128封裝，可以使體積降低到原來(lái)的1/3以下。

　　關(guān)于產(chǎn)品規(guī)劃，下一步，ROHM會(huì)把這種產(chǎn)品做得越來(lái)越小型化，產(chǎn)品系列做得越來(lái)越多。

　　4 ROHM的肖特基二極管產(chǎn)品陣營(yíng)

　　ROHM是世界主要的二極管制造商之一，占全球約10%的市場(chǎng)份額，世界排名第三；在車載市場(chǎng)，占有20%的份額，居業(yè)界第一位。由ROHM對(duì)肖特基二極管劃分為4個(gè)系列，可見產(chǎn)品主要用于4大領(lǐng)域，如圖4。

　　二極管有2個(gè)最大的特性：正向電壓(V _F )和逆向電流(I _R )，它們是相輔相成的關(guān)系：一個(gè)大，另一個(gè)會(huì)??；反之亦然。

　　超低V _F 可用于移動(dòng)設(shè)備，超低I _R 用于汽車。中間的低V _F 加上中I _R ，主要是利用V _F 的特性實(shí)現(xiàn)小型化，用于一次、二次電源。另一類V _F 并不是特別低，I _R 稍低一點(diǎn)，也主要用于一次電源和二次電源。

　　此次發(fā)布的RBxx8BM/NS200，屬于超低I _R 產(chǎn)品，在汽車領(lǐng)域用得較多。

　　本文來(lái)源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2019年第10期第42頁(yè)，歡迎您寫論文時(shí)引用，并注明出處。