ルネサス、AIおよび産業用電力システム向け次世代GaN FETを発表
ルネサスの650V Gen IV Plus GaN FETは、実績のあるSuperGaNテクノロジーを採用し、AI、EV、太陽光発電アプリケーションにおいて20%の効率向上を実現します。
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ルネサス エレクトロニクス株式会社（以下ルネサス）は、このたび、高耐圧650Vの窒化ガリウム（GaN）パワー半導体の新製品を発売し、量産を開始しました。新製品は、新たなプロセス「第4世代プラス（Gen Ⅳ Plus）」を採用し、従来の第4世代（Gen Ⅳ）と比較して、ダイサイズを14％低減、オン抵抗を30mΩまで低減したことにより、電力効率を向上させます。新製品は、AIサーバ、EV充電システム、UPS（無停電電源）装置、蓄電システム、太陽光発電インバータなどの1kW~10kWクラスの電源システムに適しています。3種類のパッケージ製品、TOLT「TP65H030G4PRS」、TO-247「TP65H030G4PWS」、TOLL「TP65H030G4PQS」を用意しており、いずれも放熱性に優れていることから、基板レイアウトを柔軟に最適化できます。
ルネサス独自のSuperGaN®技術
新製品は、ルネサスが2024年6月に買収したTransphorm社の実績あるSuperGaN技術を活用しています。SuperGaNは、高耐圧のD-mode GaNと低耐圧のSi MOSFETを直列に接続したカスコード構造を活用しています。この構造によりE-modeで必要とされる専用ドライバを使う必要がなく、Si MOSFETを駆動するための標準的なドライバで容易に駆動可能です。また、しきい値電圧が4VとE-modeより高いため、誤動作のリスクが低く、高い信頼性を有しています。SuperGaNでは低損失なD-mode GaNの技術に基づいて、ゲート電荷、出力容量、スイッチング損失、動的抵抗による影響を抑えることで、電力損失を最小限に抑えます。この技術により、SiやSiCよりさらに低損失・高効率なスイッチング性能を実現します。
第4世代プラス（Gen IV Plus）
新たな第4世代プラスプロセスでは、従来の第4世代と比較して、ダイサイズが14％縮小しました。また、オン抵抗は従来より14％低減し、30mΩの低オン抵抗を実現しました。これにより、オン抵抗と出力容量の積に基づく性能指数（FOM）が20％低減しました。ダイサイズの縮小は、コスト低減および出力容量、熱抵抗の低減につながり、効率と電力密度を向上させます。これらの特長により、第4世代プラスは、高性能、高効率、放熱性および小型化が重視されるアプリケーションに最適です。また、新製品は既存設計との高い互換性を備えており、開発資産をそのまま活用しつつ、容易にアップグレード可能です。
用途に合わせて選べるパッケージ展開
新製品は、1kW～10kW、さらには並列化による高出力なアプリケーションに適したTOLT/TOLL/TO-247のパッケージ展開です。TOLT/TOLL/TO-247のパッケージはいずれも高い放熱性を有しています。表面実装パッケージのTOLT（上面放熱パッケージ）およびTOLL（裏面放熱パッケージ）は、大電流が必要なシステムにおいて並列化を容易にします。また、TO-247は高出力なアプリケーションに最適です。
ルネサスのGaN担当ヴァイスプレジデントのPrimit Parikhは次のように述べています。「この第4世代プラスデバイスは、昨年のTransphorm社買収以来初めての、新製品戦略におけるマイルストーンです。今後は、実績あるSuperGaN技術とルネサスのドライバやコントローラを組み合わせることで、より包括的な電源ソリューションを提供していく予定です。単体のFETとして使用する場合でも、ルネサス製品と組み合わせたシステムソリューションとして活用する場合でも、お客様は本デバイスによって、高電力密度、小型化、高効率、そしてシステム全体のコスト削減を実現する製品設計が可能になります。」
GaNベースのスイッチングデバイスは、800V高電圧直流（HVDC）電力供給アーキテクチャが注目されているAIデータセンタ向けサーバや、電気自動車（EV）、インバータ、再生可能エネルギ、産業用電力変換といった分野での需要を背景に、次世代パワー半導体の中核技術として急速に拡大しています。SiCやSi系の半導体スイッチングデバイスと比べて、GaNはより高い効率、より高いスイッチング周波数、さらに小型化を実現します。
ルネサスはGaN製品に注力し、高電力から低電力まで包括的なソリューションを提供しています。この多様な製品ポートフォリオにより、ルネサスは幅広いアプリケーションとユーザのニーズに対応できます。これまでに、ルネサスは高電力および低電力用途向けに2,000万個を超えるGaNデバイスを出荷しており、累計で3,000億時間を超える実使用実績を誇ります。
新製品の詳細はこちらをご覧ください。TP65H030G4PRS（TOLT）、TP65H030G4PWS（TO-247）、TP65H030G4PQS（TOLL）新製品用に4.2kWトーテムポールPFC GaN評価ボード（RTDTTP4200W066A-KIT）も提供を開始しました。
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