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富士电机技术期刊

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专辑：有助于汽车电动化和能源管理的功率半导体

专辑：有助于汽车电动化和能源管理的功率半导体

为实现碳中和，全球正在加快推进无碳化措施，富士电机以“致力于丰富多彩的社会”、“挑战创造的极限”、“与自然环境协调发展”为经营理念，以在能源与环境事业中为实现可持续发展社会做出贡献为经营方针的支柱。
电力电子设备的高效率化有助于汽车的电动化及能源的稳定高效利用，是实现无碳化的有效途径。作为其中关键元件，富士电机的功率半导体为实现无碳化正在作出贡献。
本专辑将针对富士电机的功率半导体，介绍最新技术和产品。

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［专辑寄语］宽带隙功率半导体—是能源转换的革命还是进化—

De Doncker, Rik W Professor and Director Institute for Power Electronics and Electrical Drives (ISEA),Director E.ON Energy Research Center and Research Campus Flexible Electrical Networks (FEN), RWTH Aachen University, Germany

有助于汽车电动化和能源管理的功率半导体

大西　泰彦、宫坂　忠志、井川　　修
为实现碳中和，全球都在加快推进无碳化措施。富士电机以“致力于丰富多彩的社会”、“挑战创造的极限”、“与自然环境协调发展”为经营理念，以在能源与环境事业中为实现可持续发展社会做出贡献为经营方针的支柱，为了实现碳中和，制定了2030年度生产活动中排放的GHG（Green House Gas）比2019年度减少46%以上的目标。电力电子设备的高效化有助于汽车的电动化及能源的稳定高效利用，是实现无碳化的有效途径。作为其关键器件，富士电机的功率半导体为实现无碳化正在作出贡献。具体而言，开发了作为功率半导体代表性元件的IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）、使用了碳化硅（SiC）的MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)以及搭载它的封装，为市场提供了满足进一步高效化、小型化和高可靠性化等需求的产品。 本稿将对功率半导体产品、技术的现状和展望进行介绍。点击下载

中国BEV用新型IGBT模块“M675”

高岛　健介、吉田　崇一、立石　义博
近年来，全球汽车电动化不断加速，特别是在中国，形成了世界上最大的BEV市场，大型车辆的需求高涨，功率模块被要求高输出化和高功率密度化。富士电机以140 kW级电机输出容量为目标，开发了新型IGBT模块“M675”。通过低损耗RC-IGBT与高散热散热器的组合，在主体尺寸与传统产品“M653”相同的情况下，功率损耗降低了13%，热阻降低了20%，输出电流增加了30%。结果，实现了高功率密度化，将目标电机输出容量从M653的100kW扩大到了140kW。 点击下载

提高xEV用模块的功率循环寿命

中村　瑶子、渡壁　　翼 、浅井　龙彦
在电动车领域，正在推进变频器和电动机等驱动系统集成在一起的机电一体化系统的开发，搭载于该系统中的功率模块也需要高功率密度化和高可靠性化。在富士电机开发的第4代车载用功率模块中，通过引线框架配线和树脂密封结构实现了高功率密度化，通过抑制热变形提高了可靠性。此次，为了进一步确保和提高可靠性，开发了可提高树脂粘合性的引线框架粗糙化技术。利用该技术，与未进行粗糙化处理相比，粘合力提高了两倍以上，模块的ΔTvj功率循环耐量提高了1.3倍。 点击下载

工业用大容量IGBT模块“HPnC”

日达　贵久、川畑　润也、小平　悦宏
为了削减温室气体排放量，可再生能源受到广泛关注。为了进一步普及可再生能源，降低发电成本、提高发电效率，电力转换装置的大容量化正在向前推进。针对这一需求，富士电机开发了工业用大容量IGBT模块“HPnC”，实现了简易并联连接并扩大了输出容量。通过优化内部结构，额定电压为1700V的产品提高了产品的电流密度，与传统产品相比，输出电流扩大了约33%。另外，额定电压为2300V的产品可支持DC1500V的电力转换装置，与传统产品相比，输出容量扩大了约18%。 点击下载

第7代“X 系列”中容量IGBT-IPM“P638”

藤井　优孝、城冢　直彦、唐本　祐树
为了满足电力转换装置进一步小型化、低损耗化的要求，富士电机开发了应用新封装“P638”的第7代“X系列”IGBTIPM。与第6代IGBT-IPM的“P630”相比，本产品的模块安装面积缩小了54%。此外，通过采用第7代芯片技术，功率损耗降低了10%。通过第7代封装技术，实现了在150 ℃高温下工作。其结果，使得连续操作时的负载电流比第6代IGBT-IPM P630 增加，可用于比原来大28%的负载区域。 点击下载

第4.5代LLC电流谐振控制IC“FA6C60系列”

小林　善则、山路　将晴、山本　　毅
为了实现无碳社会，对于安装在电子设备中的开关电源进行低待机电力化和高效化的需求日益增加，同时，也强烈要求通过减少安装于电源中的部件来降低成本。富士电机开发了一款用于开关电源的LLC电流谐振控制IC，内置降压电路。使用本品，可以削减7个安装于电源中的部件。内置降压电路时，存在IC发热的问题，但通过在高端侧驱动器中采用新电平移位元件，即使内置降压电路，也可比原来降低约40% 的损耗，IC 表面温度也降低了约6 ℃。 点击下载

第7代2300V“X系列”IGBT/FWD芯片

松本　治辉 、田村　隆博、唐本　祐树
在太阳能和风力发电等可再生能源领域，对电力转换装置中使用的功率半导体应用正在扩大。近年来，为了能提高发电输出，对其中安装的IGBT模块的高电压化和高耐压化的需求日益增加。为了满足这一需求，富士电机开发了额定电压为2300V的“X系列”IGBT芯片和FWD芯片。IGBT和FWD均通过减小漂移层的厚度和优化背面结构来确保耐量和耐压。对于现有的3300V芯片，IGBT降低了39%的集电极和发射极间饱和电压，FWD降低了43%的反向恢复损耗。 点击下载

大容量模块内置栅极电阻芯片技术

狩野　太一、宫泽　康弘、镰田　省吾
为了实现进一步的高可靠性和高效化，可再生能源领域使用的电力转换装置的大容量模块必须实现短路振荡抑制，并同时减少高温时的开关损耗。因此，连接到大容量模块的IGBT栅极的栅极电阻除了需要优化电阻值之外，还需要抑制温升导致的电阻增加。为了满足这一要求，富士电机将多晶硅电阻和低电阻率Si基板相组合，开发出了电阻值的温度系数为0ppm/℃以下的模块内置栅极电阻芯片。通过这项技术，成功将高温时的开通损耗减少了13%。 点击下载

基于SJ结构的SiC-MOSFET的低损耗化和可靠性提升

俵　　武志、竹中　研介、成田　舜基
为了提高SiC-MOSFET的性能，目前正在研究超结（SJ）结构。利用反复外延生长（n柱形成）和铝（Al）离子注入（p柱形成）的多次外延法制造SJ结构的SiC-SJ-MOSFET，通过Al离子注入造成的漂移层寿命降低效果，与传统的沟槽型栅MOSFET相比，抑制了反向恢复时积累电荷量的增加，从而抑制了体二极管的导通老化。SiC-SJ-MOSFET不仅有望能降低导通电阻，还能减少开关损耗、提高可靠性。点击下载
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