聚焦GaN技術發展 羅姆半導體加速電源創新應用
- 黎思慧／台北
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可提供更高功率密度與更高效率的GaN（氮化鎵），近年逐漸在電力轉換、能源效率提升與高頻寬通訊領域展現出巨大發展潛力，已被視為下一世代半導體產業發展重點。深耕此領域多年的羅姆（ROHM）半導體，在日前舉辦「羅姆GaN氮化鎵化合物半導體應用研討會」中，邀請產業專家發表精彩演講，協助業界精準掌握GaN技術脈動。
加速推動GaN技術 Power Stage LSI引領電源革新
此次研討會特別邀請羅姆 LSI事業本部Power Stage商品開發部GM山口雄平來台，完整介紹該公司旗下的Power Stage LSI產品。他指出羅姆致力透過功率元件與類比IC技術的創新，為人類文化和生活品質的提升盡一份心力，近年更專注車用及工業領域，積極推動GaN技術實現電源的革新。
為了加速擴大GaN市場，羅姆擘劃出三大發展重點。首先是推出高性能、高可靠度的GaN功率元件，其次是開發奈秒級高速驅動IC，最後則是與名古屋大學合作，共同開發新型電感。藉由元件、IC及關鍵被動元件的全方位布局，構築完整的GaN產品線。
山口雄平表示，在眾多解決方案中，Power Stage LSI可說是集羅姆GaN技術大成的系列產品。此系列產品是整合驅動IC與GaN功率開關元件的單晶片電源模組，特別針對LiDAR等低壓高頻應用進行最佳化設計。Power Stage LSI最大的特色，在於其驅動IC可提供2奈秒超高速開關速度，搭配GaN功率元件優異的導通特性，可大幅提升整體效率和功率密度。此外，單晶片整合設計不僅能夠簡化系統設計複雜度，還能進一步縮小電源模組尺寸，目前Power Stage LSI產品已進入量產階段，並可提供樣品及評估板，協助客戶進行測試與設計驗證。
為儘速將GaN技術的優勢應用於終端電源產品，羅姆積極與產業夥伴展開合作，近期最具指標性案例，為台達電共同開發系統級GaN解決方案，山口雄平提到，羅姆與台達電不僅企業文化相似，技術和商業層面也高度契合，羅姆在功率元件、驅動IC及模組面的全方位實力，結合台達電在電源系統設計的深厚經驗，將可完美呈現GaN技術效益。
對於未來規劃，山口雄平指出羅姆將聚焦於兩大發展主軸。首先是持續精進GaN功率元件效能，並拓展相關產品線；其次是加速開發高頻高速控制IC。第二是積極投入電源模組與封裝技術研發，希望將驅動電路與控制電路整合為一，簡化系統設計並提升功率密度。他表示羅姆擁有實力堅強的工程師團隊，不僅可為上述目標奠定堅實技術基礎，也可協助客戶排解開發過程中的疑難問題，藉此加速GaN技術在電源領域的創新發展，並為客戶創造更多價值。
GaN發展潛力雄厚 多元應用逐一浮現
DIGITIMES分析師王尊民在「GaN技術發展走向及市場應用趨勢」演說中指出，GaN材料具有高熔點、高能隙、優異的熱導率及高崩潰電場等優異半導體特性，非常適合應用於高頻及中高功率環境。隨著5G及B5G通訊快速發展，GaN半導體的應用需求漸高。特別是GaN on SiC結構，由於在散熱、磊晶缺陷數量和通訊頻段上具有優勢，已成為5G及B5G基地台的首選方案。至於功率半導體領域，GaN技術已藉由優異的高頻和高功率處理能力，將應用觸角延伸至快充、能源、交通、家電及工業等場景中，特別是3C產品快充市場，中系整合元件廠（IDM）廠正透過低價策略迅速擴展市場佔有率，非中系IDM業者則將重心轉移至更高電壓的交通和工業應用。他預估隨著中高功率終端需求持續提升，GaN on SiC及GaN on GaN等結構有望逐步實現，進一步擴大GaN功率半導體的應用範圍。
羅姆台灣技術中心資深工程師蘇建榮接著深入探討羅姆在寬能隙元件領域的發展藍圖。他先比較不同功率元件結構的特點，SiC元件部分，平面型SiC適合高壓應用，溝槽型SiC在高壓、高功率密度領域有明顯優勢。GaN元件方面，橫向GaN適合高頻開關切換應用，垂直GaN則適用於高電壓、大電流場合，但成本較高。對於GaN，羅姆已推出EcoGaN解決方案，從此產品的功能設計來看，GaN HEMT在高頻操作下展現出優異的動態特性，以及在高電子遷移率和快速開關切換速度方面的特點。此外，蘇建榮也點出，市場更為創新的β-Ga2O3功率開關元件雖具備高壓低成本的特色，但在熱導率和摻雜技術方面仍面臨挑戰。從蘇建榮介紹的多樣化功率元件技術可看出，功率元件正朝著寬能隙化、低損耗、高功率密度的方向發展，從而推動電力電子領域的技術革新。
台達電是羅姆的重點合作夥伴，近期更攜手開發系統級GaN解決方案，台達電業務行銷主任黃黎宣也在此次研討會中，介紹該公司的Innergie品牌。她指出Innergie自2008年成立以來，即專注於消費性電源管理，作為全球電源管理專家。Innergie產品具備極高品質，經過嚴苛測試，其創新設計包括小型化、功率優化、獨特插頭和線材管理等，擁有多項實用新型與發明專利，核心產品包括One For All系列、SE系列電源適配器、行動電源等，皆以高能效和環保為特色，使用FSC MIX認證材料，減少塑膠使用，達到可回收再利用的目標。Innergie不僅致力於創造高效能產品，更重視環境保護和永續發展，透過減少包裝和使用再生材料，實現減塑目標，希望透過更安全、更智慧的充電解決方案，改善人們的生活方式，讓充電更便捷高效。
從「羅姆GaN化合物半導體應用研討會」中的GaN技術發展與應用趨勢，可看出隨著5G、B5G通訊和中高功率需求持續提升，GaN半導體可望在更多領域出現突破性應用，羅姆未來將持續精進GaN功率元件效能、加速開發高頻高速控制IC及電源模組，與合作夥伴攜手創新，滿足市場高效、節能的電源解決方案需求。
