富士時報
第80巻第6号（2007年11月）
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研究開発方針・体制
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研究開発の取り組み
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富士電機技報
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知財戦略
特集 半導体
藤平 龍彦・重兼 寿夫
地球環境保護，特にCO2排出量の削減は，人類にとってますます重要な課題となってきている。富士電機は，パワーエレクトロニクス機器の利用拡大と，その電力利用効率の改善，省資源化を通して世界のCO2排出量の削減に貢献するために，パワー半導体製品の損失低減，小型化，高信頼化，低コスト化を進めてきている。本稿では，富士電機の代表的な半導体製品であるパワーモジュール，パワーディスクリート，パワーICを中心に，その現状と展望を紹介する。
百田 聖自・阿部 和・洞澤 孝康
地球温暖化防止策の一環として期待されているハイブリッド車の普及には，システムの高出力化と小型化が必須であった。これを実現するためパワーデバイスであるIGBTチップには，高電流密度化と両面冷却構造に適合する電極構造が要求された。そこで開発したIGBTのセル構造として1,200V用-FS（フィールドストップ）型トレンチゲートIGBTの技術を応用し，さらに改良を加え電流密度を従来の産業用に比べ，1.6倍までに高めた。また，電極構造としてはチップ表面のアルミ電極の上面にNi膜をめっき技術により形成した。
仲野 逸人・小野澤勇一・井川 修
本稿では，富士電機の第6世代IGBTモジュール「VシリーズPIM」について紹介する。このPIMの特徴は小型・軽量・高性能である。高放熱パッケージ技術と高性能チップ技術を融合させることで世代交代を可能とした。この結果，EP3のパッケージサイズで1,200V-150A定格のモジュールまでカバーすることが可能となった。
兼田 博利・沖田 宗一・内山 拓
無停電電源装置や各種インバータに代表されるパワーエレクトロニクス機器は，高効率化・小型化・低価格化・低騒音化が常に要求されている。これらのパワーエレクトロニクス機器に用いられる電力変換用半導体素子にも高性能化・低価格化・高信頼化が求められている。また，近年の環境への配慮から，鉛フリーはんだの実用化が進められている。さらに，より簡素な実装方法も求められている。本稿では，スプリングコンタクト技術，鉛フリーはんだおよびU4チップを適用したスプリングコンタクトモジュールについて紹介する。
古閑 丈晴・柿木 秀昭・小林 孝敏
3.3kV以上の高耐圧・大容量IGBTモジュールへの市場ニーズに応えるため，3.3kV耐圧，1.2kA電流定格のIGBTモジュールを開発したので，その概要と性能について紹介する。IGBTは，富士電機UシリーズIGBTを適用し低損失化を図った。モジュールにて，150℃の最大動作温度，十分なスイッチング耐量など良好な特性を達成した。パッケージは，AlN絶縁基板，AlSiCベースの採用で信頼性を高め，低熱抵抗を達成した。また，絶縁設計の最適化や構成材料選定により，十分な絶縁性能を達成した。
高久 拓・五十嵐征輝・岩室 憲幸
磁気エネルギー回生スイッチ（MERS）を同期発電機を用いた電力発電システムに適用することにより発電機の同期リアクタンス電圧降下を補償することで，発電機電圧を上昇させ，出力電流を減らすことができる。さらにMERSの低速スイッチングである特徴に合わせて最適化した低オン電圧（1.54V）のIGBTを開発することにより，電力変換システム全体の損失を従来のPWMコンバータ方式に比べ20%低減できることを示した。
西尾 実・山﨑 智幸・船越 孝章
ガソリンハイブリッド車用の電力変換システムに用いられるIGBT 駆動用IC「Fi007」を開発した。本製品は，IGBT駆動用の15V系ドライバや保護機能（過熱，過電流，電源電圧低下，ソフト遮断）をワンチップ化しており，IGBTの安定動作，異常時の焼損回避，およびシステムの小型化に貢献できる。パッケージはSSOP20で鉛フリーに対応できる。175℃での放置に耐えるボンディングワイヤなど，高い信頼性耐量を確保している。
細川 英治・石井 憲一・中村 浩
環境問題や安全性・快適性・省エネルギーへの対応のため，自動車に搭載されている部品の多くが電子化されてきている。しかし電子部品は放射ノイズを発生する電磁妨害や，ノイズの影響を受けやすい電磁感受性という問題がある。そのため，点火装置に用いられるイグナイタに関してもそれらの対策が重要となる。そこで，放射ノイズを低減させた自動車用ワンチップイグナイタを開発したので，その概要を紹介する。
斉藤 和典・西川 睦雄・芦野 仁泰
自動車産業における環境への取組みは規制強化とともに高まってきており，自動車のエンジンマネジメントの高精度化・効率化と，そのキーデバイスの一つである圧力センサの重要性が高まってきている。今回，富士電機では，第5世代となる小型のデジタルトリミング型圧力センサを開発した。本稿では，製品の概要，チップ小型化に関する設計技術を紹介する。開発したチップは，第4世代である従来量産品と同等の機能・精度・EMC保護性能を有しながらも，チップ面積70%化（対第4世代品比）を実現している。
荒井 裕久・小林 善則・杉本 雅俊
近年，普及が急速に進んでいる携帯電子機器において，持ち運びの利便性，バッテリー電源の長寿命化の面から，使用する半導体部品への小型化・軽量化・低消費電力化の要求が強い。今後，さらなる携帯電子機器の小型化・薄型化が進む中で，供給電源であるリチウムイオンバッテリーの薄型化が急務である。富士電機では，制御回路とパワーMOSFETを一体化し，今後のバッテリーの薄型化に貢献できるリチウムイオンバッテリー保護ICを製品化したので紹介する。
山田谷政幸・佐々木 修
近年，フラットテレビなどの急速な普及に伴い24V，12V入力を中心とした中間バスからの降圧コンバータICの需要が拡大してきている。また，機器の薄型化・高機能化が進むことにより中間バスからの降圧コンバータにはさらなる小型化・大電流出力化が要求されている。富士電機では，従来よりも高周波動作・大電流出力を実現することを目的に最大28V入力，電流モード制御，ハイサイドNチャネルMOSFET内蔵，最大出力電流3Aの降圧同期整流コンバータICの開発を行ったので紹介する。
藪崎 純・横山 岳・山田 教文
2004年に誕生したマイクロ電源「FB6800シリーズ」は，インダクタと制御ICを一体化した超小型サイズの1チャネルDC-DCコンバータモジュールである。今回で第3世代となる「FB6832J」は，第2世代の構造はそのままに，設置面積19%のサイズダウンを行った。また，ターゲットを300mA以下の小電流用途におき，小型インダクタにマッチした設計をすることで高効率を維持した。本稿では，FB6832Jの特徴を中心に第3世代マイクロ電源について紹介する。
森本 哲弘・渡島 豪人・一ノ瀬正樹
スイッチング電源は高周波化・高効率化が進んでいる。その中で大容量電源には高調波対策として力率改善（PFC）回路が搭載されているが，このPFC回路に使用される高速ダイオードおよびMOSFETの損失低減は電源の効率向上における課題の一つである。今回，この損失低減のため，trrを従来品に対し25%高速化し，同時にVFも20%低減した8から20Aのダイオード「SuperLLD3シリーズ」を開発・製品化した。この適用によりダイオードだけでなくMOSFETの損失低減が可能となり，PFC回路全体の温度低減・効率アップが期待できる。
原 幸仁・山田 忠則・新村 康
高効率化・低ノイズ化が重要課題であるスイッチング電源では，低損失かつ低ノイズで使いやすいデバイスへのニーズが非常に高い。このニーズに対応した高性能と使いやすさを両立したMOSFET「SuperFAP-E3シリーズ」を開発した。新開発の耐圧構造と擬平面接合の最適化により，高アバランシェ耐量を維持しつつオン抵抗性能を約18%改善し，プレーナ型パワーMOSFETとしては業界トップクラスの性能を実現した。また，ゲート抵抗によるスイッチングdv/dt制御性を改善した。
藤井 優孝・丸山 宏志・朴 虎崗
近年，地球環境の温暖化が世界的な問題となり，電気製品全般での省エネルギーが重要となっている。常時コンセントに接続される機器では，実使用時間以外の待機電力の削減要求が年々強まってきているので開発における必須の改善項目となっている。富士電機ではこの要求を満足するために低待機電力対応の機能強化のほか，各種製品に最適な保護機能を強化したカレントモードPWM制御IC「FA5553/5547シリーズ」を開発・製品化した。本稿では，この制御ICの特徴および電源回路への応用例を紹介する。
鹿島 雅人・菅原 敬人・渕先 寛教
スイッチング電源の普及に伴い，電源高調波電流の問題がクローズアップされてきている。この問題を解決するためのアクティブフィルタ回路の制御用ICとして8ピンの電流臨界モードの「FA5500/5501」と，16ピンの電流連続モードの「FA5502」の製品化を行ってきた。今回，アクティブフィルタ回路の設計が容易で外付け部品の少ない8ピンの電流連続モードICとして「FA5550/5551シリーズ」を開発したのでその概要を紹介する。
野見山貴弘・福知 輝洋・若林 孝昌
PDPテレビと液晶テレビとの競争が激化するにつれて，PDPアドレスドライバICはいっそうの高機能化と低価格化が要求されている。この要求に応えるため富士電機では，第5世代のプロセス・デバイス技術を開発し，高速データ伝送技術などを搭載したアドレスドライバICを量産化した。第5世代アドレスドライバICは，従来比で30%のチップ小型化を達成している。本稿では，上記技術についての詳細を紹介し，製品概要について紹介する。
澄田 仁志・毎熊 健
2006年度に開発を完了した250V保証SOIデバイスについて紹介する。デバイスメニューとして，横型IGBTと横型NMOSFET，そして横型厚膜ゲートPMOSFETと横型ダイオードをそろえている。各デバイスとも250V耐圧を保証する目的から耐圧の実力値として300Vを備え，また250V印加動作時の破壊耐量も確保できるようにした。本稿では，SOIデバイス・プロセス技術と横型IGBT技術について概観するとともに，250V保証SOIデバイスの耐圧設計例を中心に述べる。
吉原 克彦・横前 利幸・後藤 友彰
パワー半導体モジュールの製品コスト低減のためにはIGBTおよびFWDチップの小型化が有効である。しかしながら，これら半導体チップの小型化によるチップ表面の配線可能面積の縮小により，従来のアルミワイヤ配線では物理的な限界がきている。また，パワー半導体モジュールの大電流化に伴うチップおよびアルミワイヤ配線の放熱技術が重要になってきている。これらの課題に対し，富士電機ではCuMo製ヒートスプレッダの上面にCu製のリードフレームをパルスYAGレーザにより接合する技術を開発した。
須ケ原紀之・栗林 均・荻野 正明
酸化膜絶縁破壊統計性に注目して,酸化膜厚15nm以上の厚いゲート酸化膜の破壊現象について調査を行った。Fowler-Nordheim電流および基板ホットホール注入法により酸化膜の経時破壊現象をさまざまなバイアス条件で測定した。厚い酸化膜におけるワイブルプロットの傾きは印加するストレスに依存し，パーコレーション理論で予測される値よりもはるかに小さな値となる。酸化膜破壊特性に及ぼす捕獲されたホールの影響について述べる。
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注
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