カジ 旅 出 金 条件時報

第83巻第6号（2010年11月）

特集　パワー半導体

[巻頭言] ワイドバンドギャップ半導体パワー素子の可能性

橋詰　保
北海道大学量子集積エレクトロニクス研究センター教授
工学博士

パワー半導体の現状と展望

宝泉　徹　・　柳沢　邦昭

風力発電やメガソーラなどの大規模な新エネルギー分野の拡大に合わせ、大容量モジュールの開発とカジ 旅 出 金 条件化を進めており、 耐圧1,700V/電流定格3,600AまでのIGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）モジュールを系列化している。新材料を用いた次世代デバイスを外部機関と共同開発している。高速スイッチングを適用した高速ディスクリートIGBTを開発し、 機器の高効率化に貢献している。電源制御ICは独自の制御方式により、省エネ化、小型化、低ノイズ化を実現し、機器の高性能化に貢献している。自動車用デバイスでは、IPS（Intelligent Power Switch）や圧力センサなどをカジ 旅 出 金 条件化している。

アドバンストNPC 回路用IGBT モジュール

小松　康佑　・　原田　孝仁　・　中澤　治雄

アドバンストNPC（A-NPC：Advanced Neutral-Point-Clamped） インバータを実現するために、 新しいIGBT （Insulated Gate Bipolar Transistor）モジュールを開発した。A-NPC用IGBTモジュールは、第6世代IGBTとFWD （Free Wheeling Diode）、第2世代RB-IGBT（Reverse-Blocking IGBT）を採用することで発生損失を最小化した。各主 端子間の内部インダクタンスは40nH以下であり、端子配列はA-NPCインバータのサイズが小さくなるよう最適化した。 本カジ 旅 出 金 条件は、適用装置内のデバイス数の低減に寄与し、発生損失が低く、高いパワー変換効率の電力変換機の開発に貢献できる。

マイルドハイブリッド車用750 V 耐圧IGBT

松井　俊之　・　阿部　和　・　市川　裕章

マイルドハイブリット車では、これまで600V耐圧IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）モジュールが多く使われ てきた。しかし近年、さらなる燃費向上や加速性能の向上を目的に、システム電圧を上げたいという要求が高まっている。 カジ 旅 出 金 条件ではこの要求に応えるため、750V耐圧IGBTとFWD（Free Wheeling Diode）チップ、およびIGBTモジュールを開発した。試作したモジュールを評価したところ、次の結果を得た。電源電圧500Vまでのシステムでサージ電圧を考慮 しても、安全に使用可能である。750V耐圧IGBTを適用すると、1,200V耐圧素子と比べて、全損失は約28%低減できる。

3レベルインバータ対応 大容量IGBT の系列化
──高絶縁カジ 旅 出 金 条件──

西村　孝司　・　小林　孝敏　・　西村　芳孝

近年、風力・太陽光発電などの新エネルギー分野や車両用分野に適用される電力変換装置は、マルチレベルインバータ方式によって高効率化が進んでいる。富士電機は、本分野への適用を狙い、マルチレベルインバータ方式の一つである3レベ ルインバータ装置への適用を視野に入れた高い絶縁能力を持つ大容量IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）モジュールを新たに開発した。電流容量600から3,600Aで1,700V耐圧である。高絶縁を実現するために、絶縁設計を最適化したパッ ケージング技術を適用した三つのパッケージで、カジ 旅 出 金 条件系列に1in1および2in1を構成している。

新構造2 in 1/1 in 1 IGBT モジュールのカジ 旅 出 金 条件技術

高宮　喜和　・　大西　一永　・　小平　悦宏

富士電機の産業用IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）モジュールの中でも、2in1モジュールは中核カジ 旅 出 金 条件であ る。さまざまな顧客要求に応えるカスタマイズ化も含め市場拡大を図っている。インバータを高性能化するための要求は、 パワーチップだけでなくIGBT モジュールのパッケージの改善にも及んでいる。最新の「V シリーズ」チップを搭載した 2in1/1in1パッケージを開発した。この開発において、内部インダクタンスを下げ、端子高さ・平坦（へいたん）度の精度を向上し、チップ配置を最適化して放熱性を向上した。さらに、パッケージ構造を一新して、熱サイクル特性を改善した。

「V シリーズ」チップ搭載のPIM・6 in 1 IGBT モジュール系列

関野　裕介　・　村井　智哉　・　丸山　力宏

ECONOPIM^TM・PC-PACKシリーズでは、複数の回路を一つのカジ 旅 出 金 条件に納めることにより、IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）モジュール小型化という市場要求に応えてきた。最新の「V シリーズ」は電流容量の拡大と顧客における設計の柔軟性を高めることを狙って開発し、系列化した。高放熱性絶縁基板の適用や多様なピンレイアウトのパッケー ジ開発により、同一のカジ 旅 出 金 条件で電流容量の拡大と顧客のPCB（Print Circuit Board）設計の自由度を上げた。また、ソ ルダフリーによるPCB実装が可能なプレスフィットピンモジュールの開発により、多様なニーズ対応を可能とした。

マトリックスコンバータ用双方向スイッチングIGBT モジュール

有田　康彦　・　吉渡　新一

AC-AC電力変換を行うマトリックスコンバータ方式は、PWM（Pulse Width Modulation）変換方式に比べて、変換効率が約30%高く、小型化が可能なため、ますます適用が進むと考えられる。この方式には、双方向スイッチングデバ イスが不可欠であり、富士電機では、IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）チップを逆向きに並列接続した双方向 IGBTモジュールを生産している。最新世代の「V シリーズ」IGBTチップを適用し、より大容量である定格1,200 V/800A、M258パッケージのマトリックスコンバータ用双方向スイッチングIGBTモジュールのカジ 旅 出 金 条件開発を行っている。

新型大容量 2 in 1 IGBT モジュール

山本　拓也　・　吉渡　新一

拡大を続ける風力・太陽光発電などの新エネルギー分野への適用を狙い、富士電機は、並列接続に適した新型大容量2in1IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）モジュールを開発した。本カジ 旅 出 金 条件は、最新の第6世代「Vシリーズ」IGBTを搭載している。半導体チップの接合部温度が175 ℃になっても動作を保証するとともに、業界最高水準の低オン電圧と低スイッチング損失を達成した。超音波端子接合や高信頼性鉛フリーはんだなどのパッケージ技術を適用し、従来より高い信頼性を確保した。

高速ディスクリートIGBT「High Speed V シリーズ」

渡島　豪人　・　荒木　龍

ミニUPS（Uninterruptible Power Supply）や太陽光発電用パワーコンディショナなどの電力変換効率の向上や小型化に貢献する、定格600V/35から75A、1,200V/15から40A のディスクリートIGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）「High Speed V シリーズ」を開発、カジ 旅 出 金 条件化した。低オン電圧と高速スイッチング特性を両立させたIGBT チップと高速FWD （Free Wheeling Diode）チップを小型ディスクリートパッケージに搭載している。UPS フルブリッジ回路への適用シミュレーションにて、従来品に対し600V品で約15%、1,200V品で約30%の低損失化を達成している。

800 V 保証HVIC 技術

山路　将晴　・　赤羽　正志　・　上西　顕寛

IDC（Internet Data Center）のカジ 旅 出 金 条件に貢献するために、800V保証HVIC（High Voltage IC） 技術を確立した。自己分離プロセスをベースにした独自のデバイス・プロセス技術を開発した。カジ 旅 出 金 条件を図るためには、電源システムを構成するブリッジ回路のスイッチング効率の向上が必須である。その実現のために、ICの入出力伝達遅延を100ns以下に抑えることができる要素回路技術も開発した。さらに、HVICに不可欠な高いdV/dt 耐量や負電圧サージ耐性を確保する技術も確立した。

第2 世代臨界モードPFC 制御IC「FA5590 シリーズ」

菅原　敬人　・　大和　誠　・　手塚　伸一

電源の消費電力の削減に貢献するため、第2世代の臨界モードPFC（Power Factor Correction）制御IC「FA5590 シ リーズ」を開発した。オン幅固定制御方式を採用して待機電力を削減するとともに、軽負荷時の最大発振周波数を制限する機能により効率を改善している。また、インダクタの電流がゼロになるタイミングを検出する方式を変更してインダクタの補助巻線を不要にしている。そのため、電源の部品点数が少なくなりコストを削減できる。同時に保護機能の充実、精度向上により、安全性の向上にも貢献できるカジ 旅 出 金 条件となっている。

カジ 旅 出 金 条件IC 回路の最新シミュレーション技術

小宮山　典宏　・　藪崎　純

電源ICや電源システムの複雑な機能を実現するため、電源ICの基本動作を高速に検討できるIPコア（Intellectual Property Core）を開発した。また、電源システムのシミュレーションを高速化するために、高速回路検証環境やエンベ ロープ・フォローイング解析の運用フローを構築した。これらの技術により、回路設計の初期段階における電源システムの検討とシミュレーションの高速化を実現できた。高機能で複雑な電源ICや電源システムの設計や設計リードタイムの短縮ができるようになり、設計品質の高いカジ 旅 出 金 条件開発が可能となった。

リニア制御用IPS「F5064H」

岩水　守生　・　岩田　英樹　・　岩本　基光

リニア制御用にハイサイドIPS（Intelligent Power Switch）とオペアンプとを一つのパッケージにした「F5064H」を開発した。本カジ 旅 出 金 条件は、電流検出に必要な高精度オペアンプを内蔵することで、自動車電装品であるECU（Electronic Control Unit）の小型化に貢献する。出力段のMOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）を低オン抵抗化するために擬平面接合QPJ（Quasi Plane Junction）技術を適用した。また、第3世代1.5μm自己分離プロセス技術を適用 したIC 回路の微細化により、チップサイズを縮小し、小型SSOP-20パッケージに搭載できるようにした。

第6 世代小型圧力センサ

西川　睦雄　・　松下　浩二　・　斉藤　和典

自動車の環境に与える影響が少なくなるように、エンジンマネジメントを高精度化・高効率化するためには、圧力セン サが重要なキーデバイスの一つとなる。カジ 旅 出 金 条件は、デジタルトリミング型の第6世代小型圧力センサを開発した。異方性エッチング技術で高精度のダイヤフラム加工を行い、センサ部の面積を削減した。さらに、デザインルールを見直して回路部および保護素子を縮小化した。これにより、第5世代である従来の量産品と同等の機能、性能（検出精度）、EMC （Electro Magnetic Compatibility）保護性能を維持しながら、チップ面積を70%に縮小した。

解説

略語

ページ
TOPへ