富士電機
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ホーム > 富士電機について > 研究開発 > 富士電機技報のご紹介 > 富士電機技報 2017年 > 第90巻第4号(2017年12月)


富士電機技報のご紹介


富士電機技報 表紙 特集
エネルギーマネジメントに貢献するパワー半導体



特集  エネルギーマネジメントに貢献するパワー半導体
  
企画意図
地球温暖化防止のためCO2排出抑制への取組みは非常に重要であり,省エネルギー化をはじめ,太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギーの拡大,HEV やEV など自動車の電動化が進展しています。そのため,電気エネルギーを効率的かつ安定的に利用するためのパワーエレクトロニクスにおいて,キーデバイスとしてのパワー半導体への期待はますます高まっています。富士電機では,多くの分野に向けて,パワーエレクトロニクス装置の小型化や高効率化に寄与するパワー半導体を開発し,製品化しています。
本特集では富士電機のパワー半導体について,最新の技術および製品を紹介します。

〔特集に寄せて〕パワーデバイスと回路トポロジー
本文:PDF  
212KB  

伊東 淳一
長岡技術科学大学 技術科学イノベーション専攻(兼)電気電子情報工学専攻教授


〔現状と展望〕パワー半導体の現状と展望
本文:PDF  
498KB  
藤平 龍彦 ・ 宝泉  徹 ・ 栗原 俊治

人口増加と経済成長に伴い,世界のエネルギー消費量が増加している。CO2排出量を抑制して地球温暖化を防止するために,省エネルギー(省エネ)化をはじめ,太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギーの拡大,ハイブリッド自動車や電気自動車など自動車の電動化などによる低炭素化が進展している。パワー半導体は,エネルギーの効率的な利用による省エネ化や低炭素化を牽引(けんいん)するパワーエレクトロニクス技術におけるキーデバイスである。
富士電機は,エネルギーを安定的にかつ最も効率的に利用するための,環境にやさしいパワー半導体を開発して製品化し,安全・安心で持続可能な社会の実現に向けて貢献している。
本稿では,今後も高い市場成長が見込まれるパワー半導体の技術および富士電機における製品の現状と展望について述べる。

SiC トレンチゲートMOSFET搭載All-SiC モジュール
本文:PDF  
442KB  
中沢 将剛 ・ 大長 規浩 ・ 辻   崇

電力変換装置のさらなる高効率化,小型化,大容量化の要求に対し,これを実現するSiC モジュールの製品化への期待が高まっている。富士電機は,これまで独自の新構造パッケージにて,定格容量1,200V/100AまでのAll-SiC モジュールを製品化してきた。この新構造パッケージは,SiC モジュールの高性能化や高信頼性を実現している。今回,定格容量を拡大するため,新たに大容量新構造パッケージを開発した。本パッケージに,低オン抵抗と高速スイッチング特性を兼ね備えたSiC トレンチゲートMOSFET を搭載することにより,定格容量1,200 V/400 AのAll-SiC モジュールを実現した。

SiC-MOSFET のバイポーラ劣化抑制のためのバッファ層技術
本文:PDF  
433KB  
俵  武志 ・ 呂  民雅 ・ 宮里 真樹

SiC-MOSFET のボディダイオードに順方向通電を行うと,エピタキシャル層中に積層欠陥が拡大してオン電圧が上昇するという問題がある。そこで,キャリア寿命の短いバッファ層をSiC エピタキシャル層/基板界面に挿入し,通電時に注入される過剰キャリア密度を減少させることで,積層欠陥の拡大が抑制できることを確認した。バッファ層として,窒素高密度ドープ層(窒素密度:1×1018cm−3,10μm)を備えたpn ダイオードを試作し,DC600A/cm2で1時間の通電においても積層欠陥が拡大しないことを確認した。

配電機器向け3.3 kV 耐圧All-SiC モジュール
本文:PDF  
428KB  
谷口 克己 ・ 金子 悟史 ・ 熊田恵志郎

富士電機は,国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)のプロジェクトに参画し,太陽光発電などの分散型エネルギーが大量導入された際の,電力網安定化を図る配電機器および制御システムの開発を行っている。その配電機器向けに3.3 kV 耐圧のAll-SiC モジュールを開発し,従来のSi-IGBT モジュールに対してインバータ発生損失を64%低減した。これにより,従来のSi-IGBT モジュールではサイズの制約上不可能であった単柱に装柱可能な,小型で軽量の配電機器を実現した。

第7世代「Xシリーズ」1,700 V IGBT モジュール “PrimePACKTM
本文:PDF  
373KB  
山本 拓也 ・ 吉渡 新一 ・ 岡本 有人

産業,民生および自動車などの分野や再生可能エネルギーの分野に使用される電力変換装置向けに,大容量IGBT モジュールの需要が拡大している。富士電機は,第7世代「X シリーズ」IGBT モジュールの系列において,“PrimePACKTM”を開発した。半導体チップの特性改善によって消費電力を低減するとともに,開発した高放熱絶縁基板を用いることで熱抵抗を大幅に低減した。また,ΔTvjパワーサイクル耐量の向上と絶縁用シリコーンゲルの耐熱性の向上により,連続動作保証温度を従来の150℃から175℃に上げ,従来の技術では困難であった最大定格電流1,800 Aの製品を実現した。

大容量SiC ハイブリッドモジュール「HPnC」
本文:PDF  
421KB  
関野 裕介 ・ 三本 孝博 ・ 森谷 友博

電鉄や太陽光発電,風力発電分野向けの大容量パワーモジュール「HPnC」を開発している。チップ技術には,第7世代「X シリーズ」技術を適用し,チップの低損失化を行った。パッケージには,絶縁基板に窒化アルミニウム(AlN)セラミックを,ベース材にマグネシウムと炭化けい素の複合材料(MgSiC)を採用した。主端子の構造にラミネート構造を採用することにより,内部インダクタンスを10nH に低減し,超音波端子接合によりRoHS 指令への対応を図った。これらの技術の適用により,従来品のHPM に対して電流密度を12%拡大し,高電流密度化を実現した。

第7世代「X シリーズ」産業用RC-IGBT モジュールの系列化
本文:PDF  
397KB  
山野 彰生 ・ 高崎 愛子 ・ 市川 裕章

IGBTモジュールの小型化,低損失化,高信頼性化といった市場要求に応えるため,IGBTとFWDをワンチップ化したRC-IGBT(逆導通IGBT)を開発し,定格電圧1,200 V 第7世代「X シリーズ」産業用RC-IGBT モジュールの系列化を進め,「Dual XT」を開発した。第6世代「V シリーズ」産業用IGBTモジュール「Dual XT」の最大定格電流600 Aに対し,定格電流を1,000 Aに拡大した。同一パッケージを用いた従来製品と比較して,実動作時のチップの接合温度や接合温度上昇を大幅に改善した。電力変換装置のさらなる出力アップや高寿命化が期待できる。

車載用大容量IGBT モジュール「M660」
本文:PDF  
343KB  
大澤 彰浩 ・ 樋口 恵一 ・ 仲野 逸人

車載用IGBTモジュールには,バッテリ電力を効率よく利用するための低損失化に加え,小型・軽量化などが求められる。また,大容量化も同時に実現しなければならない。富士電機はこれらの要求に応えるため,直接水冷パワーモジュール「M660」を開発した。従来の内部配線であったワイヤボンディング接続をリードフレーム構造にするとともに,特性を改善したRC-IGBT(Reverse-Conducting IGBT:逆導通IGBT)とウォータージャケット一体型冷却構造を採用することにより,汎用6in1 IGBTモジュールとしては世界最大容量の定格750 V/1,200 Aを実現した。

第6.5世代車載用圧力センサ
本文:PDF  
423KB  
鵜澤 良平 ・ 西川 睦雄 ・ 田中 貴英

現在,自動車には環境負荷の低減が強く求められている。エンジンの高効率化や排出ガスのクリーン化といった制御システムに必要不可欠な車載用圧力センサには,高温動作,耐腐食性,耐帯電性,小型化などが求められる。富士電機はこれらに応えるため,第6.5世代車載用圧力センサを開発した。第6世代をベースに,排出ガスや気化燃料に対する耐腐食性能と耐帯電性能を付与し,センサ精度の信頼性を向上させつつ小型化した。また,温度特性の最適化で150℃における動作保証の実現と,ダイアグ電圧領域と通常の出力電圧範囲を分離して誤検知を防止するクランプ機能を追加した。

650V 耐圧PWM電源制御IC「FA8A80 シリーズ」
本文:PDF  
401KB  
日朝 信行 ・ 遠藤 勇太 ・ 狩野 太一

省エネルギー化と使用部材削減の必要性が高まっている電子機器のスイッチング電源においては,高効率化,低待機電力化および部品点数の削減が求められている。富士電機は,高効率で低待機電力の「FA8A60 シリーズ」の特徴を継承し,さらに電源装置の小型化や安全性の向上が可能な650 V耐圧PWM 電源制御IC「FA8A80 シリーズ」を開発した。高圧入力端子の最大印加電圧を500 Vから650 Vに高耐圧化するとともに,サージ耐量を向上させた。また,各種保護機能を従来品と同等の特性とすることで,電源設計資産を活用した電源設計の省力化に貢献できる。

DFN8×8 パッケージの「Super J MOS S2 シリーズ」 「Super J MOS S2FD シリーズ」
本文:PDF  
353KB  
島藤 貴行 ・ 渡邉 荘太 ・ 松本 和則

富士電機は,スーパージャンクション構造を採用した第2世代低損失SJ-MOSFET「Super J MOS S2 シリーズ」と「Super J MOS S2FD シリーズ」を,従来のD2-PACK パッケージよりも小型で薄型の面実装タイプのDFN8×8 パッケージに搭載し,系列化した。本パッケージは電極パッドがパッケージ裏面に配置されており,リード端子を持たない構造である。D2-PACK に対して実装面積を58%低減し,パッケージ高さを0.85 mmとしたことで高密度実装が可能である。スイッチング動作の高速化のためにサブソース端子を設けている。


新製品紹介
本文:PDF  
887kB  
  • 第7世代「X シリーズ」1,700 V IGBT モジュール “PrimePACKTM
  • 3レベル用 IGBT モジュール I-type “PrimePACKTM
  • 超高効率モールド変圧器「スーパーエコモルトラU」
  • 第6.5世代車載用圧力センサ

略語・商標
本文:PDF  
145KB  






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