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富士电机技术期刊

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专辑：为实现无碳社会做贡献的功率半导体

专辑：为实现无碳社会做贡献的功率半导体

温室气体是导致全球气候变暖的主要原因，全球都在强化温室气体减排措施，富士电机在这种背景下提出了“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”的经营理念，作为通过能源与环境事业为SDGs（可持续发展目标：Sustainable Development Goals）做贡献的企业，为实现无碳社会，致力于创造新产品新技术。
本专辑针对作为实现无碳社会关键器件的功率半导体，将对以汽车电动化、太阳能和风力发电为代表的可再生能源领域适用的新产品，以及实现电力电子设备高效化和高可靠性化的新技术进行介绍。

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［专辑寄语］期待功率半导体助力实现无碳社会

藤田　英明 FUJITA, Hideaki 东京科学大学　工学院　电气电子系　教授

为实现无碳社会做贡献的功率半导体

大西　泰彦　・　宫坂　忠志　・　井川　　修
为了减少温室气体排放量，需要引进以太阳能和风力发电为代表的可再生能源，实现汽车电动化，并提高电力电子设备的效率，通过这些措施减少CO2排放量，功率半导体作为其中的关键器件备受瞩目。富士电机以功率半导体代表性器件IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）和使用碳化硅（SiC）的MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）为中心，向市场提供可满足进一步高效化、小型化、高可靠性化等需求的产品。另外，还致力于高耐压GaN纵向MOSFET和腐蚀环境下高耐久化等技术开发。点击下载

轻型小型xEV用直接水冷IGBT模块“M682”

神谷　将英　・　新井　伸英　・　安达新一郎
为了减少温室气体排放，汽车电动化加快发展，不仅是大型汽车，轻型汽车和小型汽车的电动化也在不断发展。为此，富士电机开发了IGBT模块“M682”，能够适用于轻型小型汽车电机输出容量范围50～100 kW级。冷却器采用直接水冷结构，对Cu基板直接冷却，通过优化配置在流路中的加强筋的形状和配置，实现了小型、低压力损耗和低热阻。通过改变本冷却器与芯片的组合，能够用相同封装应对电机输出容量范围50 kW、75 kW、100 kW，而且体积比旧型产品减小了10%。点击下载

工业用HPnC封装2300 V All-SiC模块

可儿　知之　・　内田　贵史
可再生能源正在加快普及，用以减少温室气体排放量，这就要求电力转换装置所用功率半导体进一步降低所产生的损耗，并提高电流密度。为了满足这一需求，富士电机开发了额定电压2300 V的All-SiC模块，可适用于DC1500 V电力转换装置的二电平电路。将第3代SiC-MOSFET芯片安装到适合大容量的HPnC封装后，安装到电力转换装置时所产生的损耗比旧型产品降低了50%。此外，设置面积减少了68%，电流密度提高到大约3倍。点击下载

工业用Standard 2-Pack“M276”系列扩大

小林　佑斗　・　郑　　　茂　・　各川　敦史
为了削减温室气体排放量，正不断扩大引进可再生能源，加快设置太阳能发电系统，该系统除了太阳能面板和PCS外，还配备了ESS。富士电机将额定1200 V的IGBT模块Standard 2-Pack“M276”最大额定电流扩大到800 A，可适用于中容量太阳能发电系统所用的三电平方式的PCS和ESS。采用2块绝缘基板的构成，将芯片安装区域扩大35%，并优化芯片尺寸，在保持相同外形尺寸的前提下增加额定电流，与旧型产品相比，使用於PCS时的输出电流可增加38%，使用於ESS时的输出电流可增加17～18%。点击下载

功率器件的温度检测IC技术

浅野　大造　・　赤羽　正志　・　岩本　基光
近年来，工厂正利用AI和IoT加快智能化，为了将系统故障时间控制在最小，要求对电力电子设备开展预测性维护。功率模块寿命是导致电力电子设备故障的原因之一，若要预测其寿命，必须准确检测功率器件的温度。为此，富士电机开发了内置在功率模块中的温度检测IC。为了将干扰影响控制在最小，将温度信号转换成数字信号，并采用温度依赖性低且IC内部干扰影响小的电路，在温度检测范围-40～+200 ℃内实现了温度检测精度±3 ℃。点击下载

功率模块的硫化腐蚀评估技术

武田真理子　・　伊藤　秀昭　・　君岛　大辅
在严酷腐蚀环境下使用功率模块，可能因硫化腐蚀发生短路。富士电机为了开发严酷环境下也能使用的产品，构建了基于腐蚀机制的硫化腐蚀评估技术。对电压施加条件、气体种类和基板种类的影响进行研究后得知，硫化腐蚀加速试验的最佳条件如下，施加电压交流电（AC），气体种类MFG（Mixed Flowing Gas）。这样可模拟实际使用环境下的腐蚀形态，相对于基于ISA-71.01标准的试验环境加速到79倍，对腐蚀速度进行评估。点击下载

高耐压GaN纵向MOSFET技术

田中　　亮　・　近藤　　剑　・　高岛　信也
富士电机不断推动GaN纵向MOSFET的开发，其作为继SiC-MOSFET后的新一代功率半导体备受期待。本次用AlN保护膜覆盖GaN表面，以1300℃进行热处理，从而抑制GaN热分解，同时能使注入的掺杂剂活性化，并清除因注入产生的晶体缺陷。此外，利用离子体CVD法可以制作GaN表面平坦的MOS界面，将这些相结合，从而实现了耐压1200 V的GaN纵向MOSFET。导通电阻是SiC-MOSFET的一半左右，实证了GaN纵向MOSFET具备高耐压低电阻。点击下载

加快电力电子设计的高精度仿真技术

坂井　琢磨　・　汤川　文夫　・　Hiu Baocong
为了提高电力电子设备性能，缩短开发周期，富士电机提供了高精度的IGBT仿真器。本仿真器通过选择电路构成和PWM控制方式，输入参数，从而输出器件的损耗和温度。本次开发了寿命计算功能。温度变化是导致器件热疲劳的原因，通过高速算出温度变化，使用雨流计数法统计温度变化的大小和发生次数，然后套用到阿伦尼乌斯公式中，便可推算出符合实际使用温度的高精度功率循环寿命。这样可删除过多余量，使设计更加合理。点击下载
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