세계 최초※ SiC-SBD와 SiC-MOSFET를 1패키지화 하여 양산 개시!
인버터의 전력 손실을 대폭 저감하고, 부품수 삭감에도 크게 기여!

 

2012년 7월 2일

TO-247

<개요>
반도체 메이커 로옴 주식회사 (본사 : 교토)는 산업기기 및 태양광 발전의 파워 컨디셔너 등의 인버터, 컨버터용으로 내압 1200V의 제 2세대 SiC (실리콘 카바이드 : 탄화 규소) MOSFET「SCH2080KE」를 개발하였습니다. 저손실 및 고신뢰성을 실현함으로써, 다양하게 응용 가능하여, 기기의 저소비전력화 및 소형화에 크게 기여합니다.
본 제품은 세계 최초※로 SiC-SBD와 SiC-MOSFET의 1패키지화에 성공하였습니다. 내부 다이오드의 순방향 전압 (VF)을 70% 이상 저감하여, 저손실화를 실현함과 동시에 부품수도 삭감할 수 있습니다.
생산 거점은 로옴 아폴로 주식회사 (후쿠오카)이며, 6월부터 샘플 출하를 개시하고, 7월부터 순차적으로 양산을 개시합니다.

※7월 현재 로옴 조사

<배경>
현재, 1200V 클래스의 인버터 및 컨버터에는 Si-IGBT가 일반적으로 사용되고 있지만, Tail 전류 및 외장 FRD의 리커버리에 의한 전력 변환 손실이 크므로, 저손실로 고주파 동작이 가능한 SiC-MOSFET의 개발이 기대되고 있습니다. 그러나 기존의 SiC-MOSFET는 보디 다이오드 (Body Diode) 통전에 의한 특성 열화 (ON 저항 및 순방향 전압의 상승 / 내성 열화) 및 게이트 산화막의 고장 등 신뢰성 면에서의 과제가 많아 본격적인 도입은 어려운 상태였습니다.

<신제품 상세 내용>
로옴은 결정 (結晶) 결함에 관한 프로세스와 디바이스 구조를 개선함으로써, 보디 다이오드를 비롯하여 신뢰성 면의 모든 과제를 극복하는데 성공하였습니다. 또한, 기존품 대비, 단위 면적당 ON 저항을 약 30% 삭감하여 칩 사이즈의 소형화를 실현하였습니다. 
뿐만 아니라, 독자적인 실장 기술로 기존에는 외장 부품으로 필요했던 SiC-SBD를 1패키지화 함으로써 SiC-MOSFET의 보디 다이오드의 과제였던 순방향 전압의 저감이 가능해졌습니다.
이에 따라, 일반적인 인버터에 사용되는 Si-IGBT에 비해, 동작 시의 손실을 70% 이상 삭감하여, 저손실화를 실현함과 동시에 50kHz 이상의 고주파화로 주변 부품의 소형화에도 기여합니다.

또한, SiC-SBD를 1패키지화 하지 않은 기존 타입의 SiC-MOSFET「SCT2080KE」도 동시에 개발하여, 회로 구성 및 고객의 요구에 따라 제품을 제공하고 있습니다. 본 제품들은 7월 11일 (수)~13일 (금)에 TOKYO BIG SIGHT에서 개최되는「TECHNO-FRONTIER 2012」의 로옴 부스에 전시될 예정이므로 많은 관심 부탁드립니다.


<특징>

1. SiC-MOSFET와 SiC-SBD를 1패키지에 탑재
「SCH2080KE」는 기존에는 외장할 필요가 있었던 SiC-SBD를 1패키지에 탑재하여, 순방향 전압을 저감하였습니다. 부품수 삭감도 가능하므로 스페이스 절약에 기여합니다.
기존 구조의 「SCT2080KE」도 라인업에 구비하여 고객의 다양한 요구에 대응합니다.

SiC-MOSFET와 SiC-SBD를 1패키지에 탑재

2. 기동 전압이 없어, 우수한 전류-전압 특성
프로세스와 디바이스 구조의 최적화로 제 1세대 제품 대비 면적당 약 30% 낮은 ON 저항을 실현하였습니다.
일반적으로 사용되는 Si-IGBT에 존재하는 기동 전압이 존재하지 않으므로, 저부하 동작 시에도 저손실을 실현합니다.

기동 전압이 없어, 우수한 전류-전압 특성

3. 순방향 전압을 70% 이상 저감하여, 손실 및 부품수를 삭감
SiC-MOSFET의 보디 다이오드는 SiC의 물성상 원리적으로 기동 전압이 2.5V 이상으로 크므로, 인버터 동작 시의 손실이 되는 경우가 있습니다.
「SCH2080KE」는 SiC-SBD와 SiC-MOSFET를 동일 패키지 내에 탑재함으로써, 순방향 전압을 대폭 삭감하였습니다. 저손실과 동시에 부품수 삭감도 가능합니다.

순방향 전압을 70% 이상 저감하여, 손실 및 부품수를 삭감

4. Tail 전류가 없으므로 저손실 스위칭 가능
Si-IGBT에서 발생하는 Tail 전류가 발생되지 않으므로, Turn-off 시의 스위칭 손실을 90% 삭감 가능하여, 기기의 에너지 절약화에 기여합니다. 또한, Si-IGBT로는 실현이 불가능했던 50kHz 이상의 스위칭 주파수 실현으로 주변기기의 소형 및 경량화도 실현 가능합니다.

Tail 전류가 없으므로 저손실 스위칭 가능


<용어 설명>

・보디 다이오드 (Body diode)
MOSFET의 구조상, 내부에 기생하여 형성되는 다이오드. 인버터 동작 시에는 이 다이오드에 전류가 흐르게 되므로 Low VF 및 고속 리커버리 특성이 요구됩니다.
・Tail 전류
IGBT에서 발생되는 Turn-off 시에 흐르는 과도 전류. 주입된 정공의 축적 시간 때문에 발생됩니다. 이 기간에 높은 드레인 전압이 부가되므로 스위칭 손실이 커집니다.
・IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor : 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터)
전자뿐만 아니라 정공에 의해서도 전류가 흐름에 따라, 저 ON 저항을 실현한 파워 트랜지스터입니다. 주입된 정공의 축적 시간 때문에 고속 동작이 불가능하여 스위칭 손실이 커지는 문제가 있습니다.
・순방향 전압 (VF : Forward Voltage)
순방향 전류가 흐를 때 다이오드에 발생하는 전압치. 수치가 작을수록 저소비전력입니다.
・ON 저항
파워 소자 동작 시의 저항치. 파워 MOSFET의 성능을 좌우하는 가장 중요한 parameter이며, 수치가 작을수록 고성능입니다.


관련 제품 : SiC 파워 디바이스
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