富士時報

第67巻第5号（1994年5月）

パワー半導体特集に寄せて

木村　軍司

富士電機におけるパワー半導体技術の現状と展望

西浦　真治

パワー半導体は､産業､情報､民生､自動車など広範囲の分野で技術革新の重要な役割を果たしている｡低損失技術の開発もMOSFETの低オン抵抗化､第三世代IGBTの実現､さらにMOSゲートサイリスタの開発など急速に進んできている｡使いやすさの点においても､大容量分野でIPM､少容量分野でIPSと適用分野に応じてインテリジェントデバイスも広く系列化が進められている｡また､電気鉄道用､共振形インバータ用､宇宙用などMOSゲートパワー半導体の用途は急速に拡大される傾向にある｡　

インテリジェントパワーモジュール

渡辺　　学，梶原　玉男

パワーエレクトロニクス応用装置である汎用インバータ､数値制御(NC)工作機械､産業用ロボットなどの分野では､高効率化､低騒音化､高機能化､小形化などの要求が増加している｡
　このような流れのなか､富士電機では出力段パワーデバイスとして第三世代IGBTを使用し､新開発した専用ICの適用により､各種保護機能を内蔵した高速･低損失IGBT出力形インテリジェントパワーモジュールを開発し､系列化を行った｡

1,400V系第三世代IGBTモジュール

長畦　文男，百田　聖自

交流入力575Vのインバータ応用に対し､適応可能な1,400V系第三世代IGBTモジュールを開発した｡電流定格は､50Aから400Aまでの豊富な系列を有している｡これらは1,200V系(交流入力460V対応)と装置設計が共有化できるよう､同一装置容量では発生損失が同等となっている｡また､RBSOAと負荷短絡耐量を確保するため､チップ仕様を最適化し､過電流制限方式を採用している｡この開発で第三世代IGBTモジュールは､豊富な電圧･電流系列が完成し､さまざまな応用分野において大幅な性能向上に貢献できる｡

高耐圧･大容量IGBTモジュールの開発

原口　浩一，中平　　亨

今までGTOサイリスタを用いた車両用インバータ回路の分野にIGBTモジュールが使われ始めている｡富士電機では､この車両用3レベルインバータに使用可能な､世界最大容量である2,000V/400AIGBTモジュールを開発した｡これは､GTOサイリスタと比較して､高速スイッチング特性､低飽和電圧特性､絶縁構造といった特徴を持ち､装置の小形化､低騒音化､メンテナンス性の向上が期待できる｡今後､急速に車両分野におけるIGBT化が進み､大幅な性能向上に貢献できる｡

2.5kV　100AマイクロスタックIGBT

関　　康和，高橋　良和，桐畑　文明

2.5kV　100Aの平形加圧接触構造のIGBTを開発した｡MOSデバイスでは初めての試みで､ワイヤボンディングレス構造や両面冷却構造などGTOと同等の高信頼性構造である｡20mm角のチップ上に4本の加圧接触部分を形成し､エミッタとしての集電電極と熱冷却を行う構造としている｡飽和電圧は4V以下､ターンオフ時間は1μs以下であり､2.5kV耐圧IGBTとして良好なトレードオフを示した｡また､RBSOAで3倍以上の電流を遮断し広いSOAも示している｡加圧力は200kgfが規格値である｡

モールド形IGBT

山口　浩二，斉藤　　龍，沢田　研一

富士電機ではモールド形IGBTの高速化､高性能化技術の開発を行ってきた｡本稿では､電子レンジ､炊飯器､テレビ､モニタディスプレイ装置などに使用されるIGBTとして､
(1)FWD内蔵形IGBT
(2)CRT水平偏向出力用IGBT
の2機種について最近の技術の進展を紹介する｡

ハイサイドIPS技術

吉田　和彦，矢野　幸雄，森本　哲弘

カーエレクトロニクスにおけるパワーデバイスの需要増大に伴い､駆動回路･保護機能を内蔵し､かつ小形軽量･低価格なインテリジェントパワーデバイスが求められている｡
富士電機ではこの要求にこたえるため､MOS出力形の自動車用ハイサイドインテリジェントパワースイッチ(IPS)の要素技術開発を進めてきた｡今回､ハイコストパフォーマンスを特長としたプロセス技術を開発し､60V/6A定格のハイサイドIPSに適用したので紹介する｡

ローサイドIPS

木内　　伸，小谷部和徳

自動車の安全､環境に対する要求は年々厳しくなっており､その要求を満たすためのカーエレクトロニクスおよび車載用半導体の進展に拍車が掛かっている｡このたび､過電流､過熱､過電圧に対する保護､インヒビット(出力禁止)などの各種機能と､ドライブ回路､誘導性負荷逆起電圧クランプ回路を内蔵した､ローサイドインテリジェントパワースイッチ(IPS)F5015L(60V-10A-80mΩmax,TO-220　F5pin)を､低コスト自己分離NDMOSプロセスにて開発したので紹介する｡

宇宙用MOSFET

丸山　　篤，小林　　孝，大賀　公二

宇宙用MOSFETに要求される耐放射線性･耐環境性を満足し､かつ低オン抵抗特性などの性能を有するMOSFETチップの構造および製造条件の最適化､パッケージの新規設計を実施した｡その結果､シングルイベントバーンアウト(SEB)耐性､トータルドーズ耐性において目標をクリアした信頼性の高いMOSFETを開発した｡

デバイスシミュレーション技術

大月　正人，工藤　　基

新形パワーデバイスの研究開発に不可欠なデバイスシミュレーション技術の現状を紹介する｡デバイスシミュレーションに回路シミュレーションを結合させたMixed-modeシミュレーション､素子内部の温度上昇を考慮したデバイスシミュレーションの各技術の確立により､実際のデバイス応用に､より近い条件でのデバイス動作解析､回路特性の予測が可能になった｡一例として､IGBTのインバータスイッチング時の特性再現､負荷短絡時の破壊現象を解析した結果を示す｡

MOSゲートパワーデバイスのプロセス誘起欠陥の低減

加藤　博久，桐沢　光明，藤平　龍彦

MOSゲートパワーデバイスの酸化･拡散プロセスは､チップサイズの大形化に伴う歩留り低下要因に占める比率が高い｡このプロセスにおける歩留り向上の最大の課題は､重金属汚染の低減である｡本稿では､この課題に対し富士電機で取り組んできているプロセス評価技術､分析による汚染源調査技術､およびゲッタリング技術などの研究開発のなかから､最近の事例について紹介する｡　

パワー集積モジュール

小川　省吾，竹川いづみ

パワー半導体モジュールは､パワーエレクトロニクスの発展とともに成長してきた｡このたび､富士電機は､小形軽量化､機能の集積化といった市場の要求に対応するパワー集積モジュールを開発､系列化した｡パワー集積モジュールは､インバータ装置のコンバータ部､インバータ部､ブレーキ部のパワー半導体チップを小形･薄形のパッケージに集積した半導体装置である｡その特長は､インバータ部が第二世代､第三世代のIGBTチップで構成され､パッケージがプリント基板実装を可能にしたことである｡

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