持続可能な開発目標であるSDGsや地球温暖化対策の国際的な枠組みである「パリ協定」が採択され,経済成長と社会・環境課題の解決の両立に向けて,企業にも積極的な行動が求められています。踏まえ,社会・環境課題の解決に取り組んでいます。富士電機が開発し,製品化するパワー半導体は,エネルギーの安定供給,自動化,省エネルギーといった重要な価値を創出するパワーエレクトロニクス機器におけるキーデバイスです。本特集では,富士電機のパワー半導体について,最新の技術および製品を紹介します。世界のエネルギー消費量は増加の一途をたどっており,国際社会では,持続可能な開発目標であるSDGsや地球温暖化対策の国際的な枠組みである「パリ協定」が採択され,経済成長と社会・環境課題の解決の両立に向け,企業にも社会の一員として積極的な行動が求められている。富士電機は,サプライチェーン全体で社会・環境課題の解決に取り組んでいる。その中でも富士電機が開発し,製品化しているパワー半導体は,エネルギーの安定供給,自動化,省エネルギー(省エネ)といった重要な価値を創出するパワーエレクトロニクス(パワエレ)機器におけるキーデバイスである。本稿では,パワー半導体の製品および技術の現状と展望について述べる。シリーズ」IGBT-IPMを開発した。シリーズ」チップと新制御ICの適用により,従来品に比べて約7%以上の発生損失低減と150°Cでの連続運転を実現した。従来の保護機能に加えて温度ワーニング機能を内蔵することにより,装置の動作停止を回避できるようになった。下アームの保護動作時においてブレーキ部が独立して動作するので,半導体素子の過電圧破壊を防ぐことができる。富士電機は,低炭素社会の実現に寄与するために種々のパワーエレクトロニクス機器を市場に展開している。さらなる省エネルギー化に貢献するために,第2世代SiCトレンチゲートMOSFETを開発した。デバイスの微細化,SiC基板の薄化と移動度向上により第1世代SiCトレンチゲートMOSFETに比べて23%のオン抵抗を削減した。ゲート推奨駆動電圧を15Vに引き下げて,使いやすさも向上した。SiC-MOSFETの信頼性上の課題であるゲートバイアスによるゲートしきい値電圧の変動と,ボディダイオード通電による特性劣化(オン抵抗上昇)がないことを確認した。モジュールよりも大幅に低損失化が可能である。富士電機は,これまで独自の新構造パッケージにてAll-SiCモジュールを市場展開してきた。今回,さらなる製品系列拡大のため,従来のSi-IGBTモジュールと外形および端子配置の互換性を確保したパッケージに,第2世代SiCトレンチゲートMOSFETを搭載したAll-SiCモジュールを開発した。これにより,インバータ発生損失を78%低減でき,出力電流の拡張による電流密度の増大ならびにパワエレ機器のさらなる小型化に寄与できる。富士電機は,自動車用エアコンの電動コンプレッサ向けに,三相インバータ回路と制御回路,保護回路を集積した車載エアコン用IPMを開発した。本製品は,「Xシリーズ」IGBTチップ技術とFWDチップ技術をベースに,車載用として最適化した低損失,低ノイズデバイスを採用した。これにより,定格600V/30A製品を自動車用エアコンの電動コンプレッサの制御に使用した結果,キャリア周波数20kHzによる駆動において,ターンオフ時のサージ電圧を抑制しつつ,トータル損失を約2%低減できた。近年,自動車業界では,ハイブリッド車(HEV)や電気自動車(EV)の開発と普及が加速しており,燃費向上につながる小型・軽量化,低損失化かつ高出力化したパワーモジュールが求められている。半導体素子上の主回路配線を従来のアルミニウムワイヤからリードフレームに置き換える技術を開発した。向上に加え,リードフレーム配線技術を適用したことで,第3世代直接水冷モジュールに対して,フットプリント削減と低背化により,体積当たりの電力密度を36%向上した。排出規制の強化に伴い,ハイブリッド自動車などの電動車(xEV)の市場は世界規模で急速に拡大している。コンバータ用モジュールを開発した。向けに,導通損失とスイッチング損失のトレードオフ特性を改善したディスクリートIGBTを開発し,製品化した。定格は1,200V/40A,75Aであり,従来品に対してターンオフスイッチング損失を約6%,コレクタ・エミッタ飽和電圧を0.55V低減し,トレードオフ特性を20%以上改善した。3レベルインバータT-typeの模擬回路において,ディスクリートIGBTのケース温度を測定した結果,従来品に比べてケース温度が2.4〜3.4°C低くなることを確認した。近年,電子機器に用いられるスイッチング電源には効率向上とシステムのコストダウンが求められている。富士電機は,軽負荷時の効率改善,電源部品削減を実現する第4世代LLC電流共振制御IC「FA6C00シリーズ」を開発した。〜数十Wの軽負荷領域に高周波バースト制御を採用し,従来から約10%効率が向上した。採用により,出力応答特性を向上することで位相補償部品を従来から7点削減した。本ICの適用により,75〜300W程度のLED照明用電源や産業用の標準電源,液晶テレビなどの民生用の電源の高効率化とシステムのコストダウンが可能である。現在,自動車には,燃費の向上や環境規制,安全規制への対応が強く求められている。富士電機は今後さらに厳しくなるこれらの規制に対応するため,第7世代車載用高圧センサを開発した。高温,高圧の環境で使用されるため,ステンレスダイヤフラム方式の新パッケージ構造により耐圧性能を向上させ,新たに開発したデュアルゲートMOSトランジスタの採用により高温特性を改善したセンサチップと組み合わせた。単結晶4H-SiC基板は,シリコン基板と比較すると結晶欠陥密度は依然として高く,その評価が重要である。線トポグラフィが主に用いられるが,施設の利用自体が簡単ではない。そこで,非破壊で簡便にSiC基板の結晶欠陥を評価する方法として,透過型偏光顕微鏡を用いて結晶転位により発生した結晶内部ひずみを観察する手法を検討した。近年の地球温暖化対策の観点から,エネルギー効率の改善とCO2排出量の削減が求められている。そのような中,さまざまな分野にパワー半導体を用いた電力変換装置が広く使われるようになっている。電鉄分野をはじめ,風力発電や太陽光発電といった再生可能エネルギー分野においても,装置の大容量化かつ小型化が進んでいる。Transistor)モジュールに,並列接続による大容量化への対応やさらなる高電流密度化による小型化が要求されている。Core)を開発した。近年,各業界の慢性的な労働力不足に対応するため,生産ラインのロボットや,サービス業の自動チェックイン・アウト機など,産業用機械の導入が加速している。多種多様な機械が増加することに伴い,電力を供給する電源機器にも多様な出力仕様が求められている。シリーズ」を製品化した。システムは,設備の稼動状況や異常などを示す。管理者はモニタの情報を基に,監視制御システムを通じて設備や機器の動作指示を行う。このコントローラは,モニタに表示するための情報をはじめ現場の設備や機器からさまざまな情報を収集し,管理者の指示に従って適切にプログラムを実行する。社会を支えるインフラ設備である水処理施設などのインフラ設備は,1年を通じて24時間の連続稼動が求められる。わずかな時間の稼動停止は提供するサービスに支障を来し,事業者にとって多大な損失にもつながる。設備が止まることを避けるためには,高い信頼性を備えた監視制御システムが求められている。SPH5000H」を開発した。略語・商標424KB*本誌に記載されている会社名および製品名は、それぞれの会社が所有する商標または登録商標である場合があります。著者に社外の人が含まれる場合、Web掲載の許諾がとれたもののみ掲載しています。サイトのご利用にあたって。