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富士电机技术期刊

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专辑：为实现碳中和做贡献的功率半导体

专辑：为实现碳中和做贡献的功率半导体

当前，在全球为实现碳中和对节能技术寄予厚望的背景下，富士电机通过核心技术——功率半导体为之做出贡献。本特辑将聚焦于富士电机的创新性功率半导体技术，包括实现电动汽车的CO2减排、可再生能源的普及，以及各种设备的节能与小型化的产业IPM 和电源IC的开发等。
此外，还将详细介绍作为未来功率半导体技术基础的第3代SiC沟槽型栅MOSFET元件、第8代IGBT元件等最前沿的开发情况。

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［专辑寄语］面向碳中和未来的功率半导体技术挑战

岩室　宪幸 IWAMURO, Noriyuki 筑波大学　数理物质系　教授　博士（工学）

为实现碳中和做贡献的功率半导体

大西　泰彦　・　宫坂　忠志　・　井川　　修
在全球为实现碳中和对节能技术寄予厚望的背景下，富士电机通过其核心技术——功率半导体，发挥着重要的作用。半导体事业通过汽车的电动化、电力电子设备的小型化和节能化为减少CO2排放量做出贡献，从而在中长期实现事业的持续增长。特别是，将重点加强面向电动车及可再生能源等需求持续增长领域的功率半导体模块开发，并推进应用于此类模块的Si-IGBT及SiC-MOSFET等新一代元件的开发。此外，还不断推进有助于空调等家电产品实现节能化的IPM（Intelligent Power Module）及有助于提高开关电源效率的电源控制用IC的开发。点击下载

轻型及小型xEV用功率模块的封装技术

佐藤　悠司　・　今井　瑛二　・　山田　教文
为了实现碳中和，富士电机开发了业内最小级别的功率模块，可支持轻型汽车及小型汽车的50〜100 kW电机输出容量。该产品采用了与水冷套组合冷却的封装结构，并通过引线框架配线，缩小了配线空间，实现了小型化和薄型化。此外，使用与内部构件贴合性较好的凝胶进行密封，并优化引线框架形状、提高接合焊锡的强度，无需追加树脂密封所需工序即可提高ΔTvj功率循环耐量，确保了汽车用途所要求的高可靠性。点击下载

第3代小容量IPM“P641系列”

柴崎　雄汰　・　田中　才工　・　小口　拓也
随着家电产品节能化的不断推进，内置三相变频器桥式电路、控制电路及保护电路的IPM（Intelligent Power Module）正加快普及。此次，为满足变频器小型化、高效化的要求，开发出了小型、低损耗的第3代小容量IPM“P641系列”。通过采用改良后的第7 代RC-IGBT、高散热树脂绝缘片以及引线框架结构，相较“P633C系列”，设置面积减小了44%，并且启动时的损耗降低了5%。此外，通过在该封装尺寸中首次推出额定电流40 A的产品阵容，为空调等设备实现大功率化作出贡献。点击下载

临界模式交错并联PFC控制IC“FA1C20N”

矢口　幸宏　・　薮崎　　纯　・　镰仓　龙马
近年来，为实现电子设备的高效化，搭载了降低高次谐波电流并提高功率因数的功率因数改善（PFC）电路的开关电源正得到广泛的应用。此次，富士电机开发了临界模式交错并联PFC控制IC“FA1C20N”，用于控制200 W以上较高负载功率的开关电源中使用的PFC电路。通过独有的控制技术，在以提高效率为目的进行动作切换时，防止产生噪声，同时实现了优异的负载跟随性，并抑制了高次谐波电流的产生，符合国际标准IEC 61000-3-2的C级要求。并且，为每个开关元件设置电流检测电阻，实现了高精度的过电流保护。点击下载

第3代SiC沟槽型栅MOSFET芯片

丰田　善昭　・　林　　真吾　・　市川　义人
为了实现脱碳社会，对于正在引进的电动车、太阳能发电，风力发电等中使用的功率器件，提出了进一步高效化和小型化要求，为此富士电机开发出了第3代SiC沟槽型栅MOSFET芯片。通过简化和微细化芯片结构，相比第2代沟槽型栅MOSFET芯片，每单位面积的导通电阻降低了23%。此外，抑制了连续施加栅极电压导致栅极阈值电压随时间波动的情况、以及因体二极管通电导致的导通电阻上升，确保了较高的可靠性。点击下载

第8代IGBT和FWD芯片

伊仓　巧裕　・　内藤　达也　・　岸　　朋哉
随着向可再生能源的转型以及移动出行电动化的不断推进，用于电力转换装置的IGBT模块的性能亟需进一步提升。为满足这一要求，富士电机开发出了第8代IGBT和FWD芯片，通过表面单元结构的微细化处理和优化配置模式，在降低损耗的同时，具有与旧型产品同等的破坏耐量。当将其搭载在IGBT模块上，并在假设再生能源用PCS的条件下动作时，与第7代相比，可降低10%的损耗。由此，有助于电力转换装置的进一步高效化、小型化、高可靠性化。点击下载

加快半导体元件开发的分子级计算技术

广濑　隆之　・　大内　祐贵　・　佐伯　英纪
为了加快半导体元件的开发，富士电机正在推进分子级计算技术的应用，无需试制、分析元件即可对制造工艺及条件进行研讨。以SiC-MOSFET为例，为了实现低损耗化、提高电子迁移率，在栅极氧化膜与SiC的界面引入能够提高电子迁移率的氮原子，并对可减少会降低迁移率的C=C键的处理条件进行了研讨。通过使用分子动力学计算，阐明了以往通过试制和分析无法掌握的反应机理，并通过仿真在较短时间内推算出形成最佳界面结构的处理条件，而无需试制元件。点击下载

普通论文：硅单极型元件的理想导通电阻

藤平　龙彦
Si（硅）单极元件的优化设计此前仅在NPT（Non-Punch-Through）型中得到明确，而此次对已应用于绝大多数产品的PT（Punch-Through）型也进行了阐明。研究表明，在相同掺杂密度下，PT型Si单极型元件漂移区域厚度的最优设计值为此前认定为最优值的9/8，并提出了PT型Si元件的全新优化设计准则。根据该准则，PT型的理想导通电阻（Si极限）比以往报告的NPT型的值约低12%，有望实现更低损耗的元件。点击下载
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