昭和 40 年 6 月 3 日 第三種郵便物認可 平成 18 年 9 月 10 日発行（年 6 回 1，3，5，7，9，11 月の 10 日発行）富士時報 第 79 巻 第 5 号（通巻第 840 号）
ISSN 0367-3332
3EPT
特集 半導体
3EPT
特集 半導体
目 次
いかに CMOS を延命させるか ?
（ 1 ）
平本 俊郎
半導体の現状と展望
（ 2 ）
藤平 龍彦 ・ 重兼 寿夫
ハイブリッド車用 IGBT モジュール
（ 6 ）
西浦 彰 ・ 征矢野 伸 ・ 両角 朗
New Dual IGBT モジュール
（10）
兼田 博利 ・ 小川 省吾 ・ 堀 元人
最新技術を用いた新コンセプト IGBT-PIM
（14）
小林 靖幸 ・ 丸山 力宏 ・ 望月 英司
小容量 IGBT モジュール
（18）
楠木 善之 ・ 小松 康佑 ・ 菊地 昌宏
完全鉛フリー IGBT モジュール・IPM
（22）
西村 芳孝 ・ 西澤 龍男 ・ 望月 英司
パッケージシミュレーション技術
（25）
繁田 文雄 ・ 堀 元人 ・ 沖田 宗一
自動車用燃料タンク漏れ検出用圧力センサ
表紙写真
（28）
植松 克之 ・ 篠田 茂 ・ 栗又 正次郎
自動車用大電流 IPS
（31）
竹内 茂行 ・ 中澤 仁章 ・ 西村 武義
自動車電装用パワー MOSFET
（34）
有田 康彦 ・ 西村 武義
ソフトリカバリー LLD
（38）
森本 哲弘
マルチチップパワーデバイス「M-Power 2A シリーズ」
（42）
島藤 貴行 ・ 寺沢 徳保 ・ 太田 裕之
自動車用半導体は，1980 年代から自動
256 ビット PDP アドレスドライバ IC
（46）
野見山 貴弘 ・ 川村 一裕 ・ 佐藤 憲一郎
車の電子化とともに活発に，各種センサやマ
イコンなどとして大量に使われてきている。
多出力 PDP スキャンドライバ IC
最近は特に地球環境，省エネルギーの観点か
清水 直樹 ・ 小林 英登
らエンジン・走行制御系への採用が急激に増
加している。
富 士 電 機 は， 高 機 能 MOSFET， パ ワ ー
擬似共振型低待機電力電源制御 IC
（50）
（54）
園部 孝二 ・ 打田 高章
IC，ワンチップイグナイタ，圧力センサなど
1 チャネル出力降圧型 DC-DC コンバータ IC
を製品化し，自動車の性能向上に貢献してき
藤井 優孝 ・ 米田 保
（58）
た。そのうえさらに，得意とする高電圧・大
電流の IGBT を自動車用に最適化することに
より，ハイブリッド車用 IGBT-IPM（イン
第二世代マイクロ電源
テリジェントパワーモジュール）を開発した。
トレンチ形成におけるエッチング特性とプラズマ物性の関係
表紙写真では，自動車向けに開発した昇降
矢嶋 理子 ・ 脇本 節子 ・ 市川 幸美
圧コンバータ用 IPM を示している。
（61）
佐野 功 ・ 臼井 吉清 ・ 関 知則
（64）
特集 半導体
特 集
いかに CMOS を延命
させるか ?
平本 俊郎}èÿøÞeÞÍă¼~
東京大学生産技術研究所教授 工学博士
大規模集積回路}VLSI~向ÇäĠœĜŜ MOS ıŒŜġ
ŖĴĘĢĈ 3 Úá分類ÍÜõāg
ĢĨå性能向上Þ集積度向上äÕ÷過去 30 年以上áą
第 1 段階kCMOS ä延長
（ 1）
ÕÙÜ微細化ËĂÜÃÕg最近Ýåh微細化ä速度ÂËÿ
第 2 段階kCMOS îä新機能追加
（ 2）
á速ôÙÜÀĀh今ú MOS ıŒŜġĢĨäěsı長å量
第 3 段階kBeyond CMOS
（ 3）
産ŕłŔÝ 35 nm á達Íܺāg従来h
ŇčĘŖđŕĘ
第 1 段階åhºąüā従来法ݸĀh微細化á加¾Üè
ıŖĴĘĢÞ呼æĂÜÃÕ半導体İĹčĢåh今úij
ÐõĈ印加ÏāàßÍÜ CMOS ä性能Ĉ最大限á向上Ë
ķđŕĘıŖĴĘĢÞ呼ìïÃ存在ÞàÙÕg最新ä国
Ñā技術ݸāg当面åh第 1 段階Â最ø重要ݸāgà
際半導体技術ŖsIJŇĬŀ}ITRS~Ýåhěsı長å量
Àh筆者ä分類Ýåh最近注目ËĂܺāĔsŅŜijķ
産ŕłŔÝ 2016 年áå 10 nm ä壁Ĉ破Ā 9 nm á達Ïā
ĪŎsĿ}CNT~-FET å第 1 段階á属ÏāgàÒàÿh
Þ予想ËĂܺāgMOS ıŒŜġĢĨä微細化áþĀ IT
CNT-FET å基本的à動作原理 MOS ıŒŜġĢĨÞ同
機器ä性能å飛躍的á向上Íh私Õ×åÓä恩恵á¸Ð
ÎݸĀh回路ø CMOS 回路Â用ºÿĂāÞ予想ËĂā
ÁÙܺāg
Áÿݸāg
ÞÉăÂ同時áhMOS ıŒŜġĢĨä微細化限界ø指
第 2 段 階 Ý åhCMOS Ý å 不 可 能 Ý ¸ Ù Õ 機 能 Â
摘ËĂܺāg各種寄生効果äÕ÷h微細化ÍÜøıŒŜ
CMOS Þ融合Íh付加価値Â加ąā段階ݸāg具体的
ġĢĨ性能Â向上ÍáÅÅàÙܺāgôÕh特性æÿÚ
áåhMEMShĤŜĞhĺŘsİĹčĢhRF İĹčĢh
Ãú消費電力ä増大äÕ÷h大規模集積化ÂôÏôÏ困難
ĹčēİĹčĢ等Þ CMOS ä融合ݸĀhċŀœĚs
áàĀÚÚ¸āg半導体工場ú製造装置ä爆発的àĜĢı
ĠŐŜá依存ÍÜÉĂôÝáàº全Å新ͺĠœĜŜijķ
上昇øh微細化限界ä一因ÞàĀ¼āg
đŕĘıŖĴĘĢä展開Â拓ÁĂāgÓä次áÅāäÂ
ÓÉÝ近年h
Beyond CMOSôÕåņĢı CMOS
第 3 段階ä Beyond CMOS ݸă¼gøåú動作原理å
Þ呼æĂāİĹčĢä研究Â大学Ĉ中心á活発化ÍÜÃÕg
MOS ıŒŜġĢĨÝåàÅh全Å新ͺ原理á基ÛÅİ
ITRS ÝøhERD}Emerging Research Devices~Þº¼
ĹčĢúċsĖįĘĪŌ等áþĀ CMOS 回路ä置Ã換¾
章Ýh新ŖġĬĘİĹčĢú新材料áþā新ͺ Beyond
Ĉ狙¼研究ݸāg但Íh第 3 段階Â実現Ïāäå遠º将
CMOS ä研究ä重要性Â強調ËĂܺāgCMOS Þå全
来ݸă¼g
Å原理ä異àā情報処理Ý CMOS Ĉ凌駕Ïā性能Ĉ達成
筆者ä主張åh第 1h2 段階îä研究資源ä集中投資Ý
Íþ¼Þº¼試õݸāg世界åh
CMOS ä次Ĉ探Í
¸āg特áh第 2 段階åÉĂôݸôĀ議論ËĂÜÉà
始÷ÕÞ言¾āg
ÁÙÕ新ͺ技術領域ݸĀhċŀœĚsĠŐŜ主導Ý新
Beyond CMOS ä研究åhø×ăĉ重要ݸāg今ä¼
規技術ú新融合技術Â次々á現ĂāÉÞÂ期待ËĂāg第
×Áÿ新ͺ情報処理İĹčĢä芽Ĉ育ÜÜÀÅïÃݸ
1h2 段階åh言º換¾āÞ CMOS ä延命Ĉ図ā技術ݸ
āgÍÁÍh筆者å Beyond CMOS 一辺倒ä研究資源配
āg性能限界Â近ºÞºąĂā CMOS ÂhÉĂÿä技術
分áå反対ÏāgBeyond CMOS ä前áhôÖ解決ÏïÃ
áþĀ延命ÝÃĂæh高度情報化社会á与¾āčŜĺĘı
課題ÂÕÅËĉ残ËĂܺāÁÿݸāg
å極÷Ü大úgºÁá CMOS Ĉ延命ËÑāÁ ? ÉĂ
課題Ĉ整理ÏāÕ÷áhĠœĜŜáÀÇāijķđŕĘı
Â半導体áÀÇā今後 10 v 20 年ä最大ä課題ݸāg
（ 1 ）
富士時報 6OL.O
半導体の現状と展望
特 集
藤平 龍彦}ëÎèÿeÕÚèÉ~
重兼 寿夫}ÍÈÁãeèËÀ~
まえがき
パワーモジュール
natureä 2006 年 6 月 1 日号Ýh約 5,500 万年前ä北
ĺŘsŋġŎsŔ製品áÀÇā最近ä最大ä成果
極ä海面温度Â気象ĠňŎŕsĨäÉĂôÝä予測þĀ
åh ĸ č Ŀ œ Ĭ IJ 車 用 IGBT}Insulated Gate Bipolar
10 ℃以上ø高º約 23 ℃ø¸ÙÕÞº¼ÉÞÂh北極海底
Transistor~-IPM}Intelligent Power Module~ ä 量 産 化
（ 1）
ä堆積}ÕºÑÃ~物調査結果Áÿ明ÿÁáËĂÕg世界
Þ U4 Ġœsģ IGBT ŋġŎsŔä発売ݸāg
経済ä拡大Þ人口ä増加Â世界äđĶŔės消費量Þ CO2
本号Ý詳ÍÅ解説ËĂܺāÂh今年h富士電機ÞÍÜ
（ 2）
排出量Ĉ増大ËÑhÉä傾向á歯止÷Ĉ掛ÇÿĂàÇĂæ
初÷ÜĸčĿœĬIJ乗用車ä PCU}Power Control Unit~
温室効果ä深刻à影響Â懸念ËĂāÞÁãÜÁÿ報告ËĂ
á IGBT-IPM Â採用ËĂ量産化Ĉ果ÕÍÕg採用ËĂÕ
注 1
（ 3）
ܺāg上記 nature ä論文ä内容åhCO2 áþā温室効
車種å LEXUS GS450 h ݸĀh富士電機ä独自技術áþ
果ÞÓä影響ä予測Ĉ悪º方向î見直Ï必要Ĉ迫ā可能性
ā大出力j低損失j小型j高信頼ä実現Â高加速j高燃
¸āÞ考¾ÿĂhCO2 排出量ä抑制å人類áÞÙÜôÏ
費j優ĂÕİğčŜÞ品質Ĉ誇ā世界ä LEXUS ĿŒŜIJ
ôÏ重要à課題ÞàÙÜÅāg
äĸčĿœĬIJ車á受Ç入ĂÿĂÕøäÞ自負Íܺāg
富士電機ęŔsŀÝåh
自然Þä調和Ĉ基本理念ä
図 1 á同Î用途ä昇降圧ĜŜĹsĨá使用ËĂܺā従
一Úá掲Èh地球環境保護á貢献Ïā製品j技術ä提供h
来ä IPM Þä出力面積比}IPM 面積¸ÕĀä IPM 出力~
製品ŒčľĞčĘŔáÀÇā環境負荷ä低減h事業活動Ý
ä比較Ĉ示Ïg車種 A ú車種 B á使用ËĂܺā IPM Þ
ä環境負荷ä低減Ĉ基本方針ä柱ÞÍÜhęŔsŀĈ挙È
比較ÍÜ出力面積比Â大幅á向上ÍܺāÉÞÂ分Áāg
Ü地球環境保護á取Ā組ĉÝÃܺāg電力đĶŔėsä
Éä大幅à改善áåh富士電機ä独自技術áþā低損失j
有効利用Ĉ目的ÞÏāĺŘsđŕĘıŖĴĘĢÞhÓä基
高破壊耐量j小型ä U Ġœsģ IGBT ĪĬŀĤĬıä採
（ 4（
）5）
幹部品ݸāĺŘs半導体îåh地球環境保護á貢献Ï
用Þ用途á最適化ÍÕĺĬĚsġ設計Â寄与Íܺāg本
ā重要事業ä一ÚÞÍÜ力Ĉ入ĂÜÃܺāg一次đĶ
IPM ÝåhċŔňij DCB}Direct Copper Bonding~＋ Cu
Ŕėsä 4 割以上Ĉ電力Â占÷hÓä比率å高ôā一方Ý
（ 2）
¸āÞ予測ËĂāÉÞÁÿhĺŘsđŕĘıŖĴĘĢÞĺ
注 1LEXUSkıőĨ自動車株式会社ä登録商標
Řs半導体ä重要性å今後øËÿá高ôāøäÞ考¾Üº
āg
図
地球環境保護h特á CO2 削減äÕ÷áĺŘs半導体Â
（IPM 出力/IPM 面積）の車種による比較
ハイブリッド車用昇降圧コンバータ IPM の出力面積比
果ÕÏïÃ役割åhĺŘsđŕĘıŖĴĘĢ機器ä電力利
}低ĜĢı化Þ用途ä拡大~á効果Ĉ発揮ÏāÉÞݸāg
þĀ具体的áåhĺŘs半導体Óäøää性能向上h制御
ÞĤŜĠŜęä改善áþā性能向上h小型化j高信頼化j
低ĜĢı化hÓÍÜĺŘs半導体製品ä系列Þ用途ä拡大
Ĉ進÷àÇĂæàÿàºg
本稿Ýåh富士電機ä代表的à半導体製品ݸāĺŘs
ŋġŎsŔhĺŘsİČĢĘœsıhĺŘs IC áÚºÜh
大
出力面積密度（VA/cm2）
用効率Ĉ高÷hôÕÓä省資源化}小型化~Þ利用拡大
GS450h
車種B
車種A
小
Óä現状Þ展望Ĉ述ïāg
藤平 龍彦
重兼 寿夫
半導体ä研究開発á従事g現在h
半導体ä開発hŇsĚįČŜęh
富士電機İĹčĢįĘķŖġs株
事業戦略h経営á従事g現在h富
式会社半導体事業本部基盤技術統
士電機İĹčĢįĘķŖġs株式
括部長g工学博士g電気学会会員h
会社常務取締役半導体担当g工学
応用物理学会会員h日本金属学会
博士g電気学会会員g
会員g
（ 2 ）
ハイブリッド車種
富士時報 6OL.O
半導体の現状と展望
（ 6）
łsĢ構造ä高放熱j高信頼化Ĉ図Āh車載 IPM î世界
Ý初÷Ü適用Íh大幅à低ĜĢı化Ĉ達成ÍÕgôÕh独
パワーディスクリート
ÍÜ世界Ý初÷Üä完全鉛ľœs化ø達成Íܺāg
ĺŘsİČĢĘœsı製品ä主力ä一Úݸā低耐圧
U4 Ġœsģ IGBT ŋġŎsŔåhU Ġœsģä技術Ĉ
MOSFET}MOS Field-Effect Transistor~Ýåh2005 年
łsĢá開発Ĉ行ºh高周波対応Þ低ķčģ化Ĉ同時á達
度á第二世代ıŕŜĪ MOSFET ä量産Ĉ開始ÍÕg図 3
成ÍÕ系列ݸĀh産業用ŋsĨIJŒčĿáÀÇāĖŌœ
á断面構造Ĉ示Ïg富士電機独自ä擬平面接合技術ÞIJŕ
ō周波数äċĬŀú放射ķčģj伝導ķčģä抑制á効果
čŜĹŒĢı抵抗技術ĈıŕŜĪ技術Þ融合ËÑāÉÞá
（ 7）
Ĉ発揮Ïāg図 2 áh富士電機äįĢıłŜĪáÜěsı
þÙÜh第一世代Þ同等ä短絡耐量ÞċĹŒŜĠĐ耐量Ĉ
抵抗Ĉ変¾àÂÿ測定ÍÕ放射ķčģÞ発生損失äıŕs
確保ÍàÂÿh単位面積¸ÕĀäēŜ抵抗Ý約 20 % ä低
IJēľ関係Ĉ他系列Þä比較Ý示Ïg超低損失Ĉ特徴ÞÏ
減Þ性能指数 2onj1gd Ý約 30 % ä改善Ĉ達成Íܺāg
ā U ĠœsģåčŜĹsĨä損失低減áå大Ãà効果Ĉ
高 耐 圧 MOSFET Ý å Super FAP-G Ġ œ s ģhSBD
発揮ÍÕ反面hķčģ低減äÕ÷áåěsı抵抗ä調整á
}Schottky Barrier Diode~Ýå高耐圧 SBD ĠœsģÞ低
加¾Ü主回路配線ä最適化Â必要Þàā場合¸Āh使º
逆漏Ă電流}低 )r~SBD Ġœsģh低損失ĩčēsIJÝ
áź面¸ÙÕgU4 ĠœsģÝåhěsı抵抗ä調整
å Super LLD}Low-Loss Diode~ĠœsģÂ現在ä主力
ÖÇÝķčģä大幅à低減Â可能ÞàÙÜÀĀhÃą÷Ü
ݸāgÉĂÿä製品群å顧客ä需要ÂÃą÷Ü旺盛ݸ
使ºúϺ素子á仕上ÂÙܺāÉÞÂ分Áāg
Āh供給能力ä拡大á努÷ܺāg
今後á向ÇÜåh2006 年度末䜜sĢĈ目指ÍÜ第
将来á向ÇÜåhËÿàā高性能化Þ小型化Ĉ目指ÍÕ
六世代 V Ġœsģ IGBT ŋġŎsŔä開発Â進ĉݺāg
研究開発á力Ĉ注ºÝºāg直近ä成果ä一例Ĉ図 4 á紹
（ 9）
V ĠœsģåhFS}Field Stop~構造ÞıŕŜĪěsı構
造ä改善áþĀhU ĠœsģÞ比較ÍÜ大幅à低損失化Þ
図
第二世代トレンチ MOSFET の断面構造
小型化Ĉ進÷āÞÞøáhU4 Ġœsģä開発Ý獲得ÍÕ
ソース
低ķčģ化技術Ĉ応用ÏāÉÞÝhķčģ低減ä面Ýø使
ゲート
ºúϺ素子Þàā見込õݸāg
注 2
Éä 2006 年度åhĺŘsŋġŎsŔä RoHS 対応Þ鉛
ľœs化ä仕上Èä年Þàāg新製品åÏïÜ RoHS 対応
品ݸĀh既存製品ä RoHS 対応j鉛ľœs対応ø 2006
+
p+ n
年度中áÏïÜ完了Ïā予定ݸāg
n+
p−
（ 8）
p+
n+
p−
n+ p+
p−
将来á向ÇÜåh高信頼j高放熱ĺĬĚsġ技術ä開発
Þ Þ ø áhMOS}Metal-Oxide-Semiconductor~ ě s ı
型ä伝導度変調İĹčĢÞ SiC İĹčĢä研究開発Ĉ並行
n−
ÍÜ進÷ÜÀĀh何年Á後áå本誌áø紹介ÝÃāøäÞ
考¾Üºāg
n+
ドレイン
注 2RoHSk電気電子機器á含ôĂā特定有害物質ä使用制限
ゲート抵抗を変化させて測定した放射ノイズと発生損失の
図
高耐圧スーパージャンクション MOSFET のオン抵抗と
トレードオフ関係の比較
耐圧の関係の学会発表データ比較
面積あたりオン抵抗 R on・A（mΩcm2）
大
1,200 V/75 A
B社
放射ノイズ（dB V/m）
図
Uシリーズ
Sシリーズ
A社
動作条件： U4シリーズ
f C =4 kHz
λ＝1.0
cosφ
小
小
大
発生損失（W）
100
シリコンの
理論限界
岩本 2005
50
Deboy1998
大西 2002
20
Saito 2004
富士電機・高橋2006
10
300
500
1,000
耐圧（V）
（ 3 ）
特 集
自開発ä鉛ľœsåĉÖĈ用ºāÉÞáþĀ車載 IPM Þ
富士時報 6OL.O
半導体の現状と展望
（10）
介ÏāÂhĢsĺsġŌŜĘĠŐŜ MOSFETáÀºÜ世
2
ËĂàºĺŘs IC 特有ä問題hĠœĜŜ材料ä理論限界
Â壁ÞàĀh単純àļĬı単価ä低減å困難ÞàÙÜÅāg
富士電機ÝåhLVDS}Low Voltage Differential Signal~
（11）
Āh国際学会áø発表Íܺāg
ú RSDS}Reduced Swing Differential Signal~ ä 導 入 á
þā信号線数ä削減ú電力回収îä対応áþĀhİČĢŀ
ŕčĺĶŔ全体ÞÍÜäĜĢıĩďŜú性能向上á貢献Ï
パワー IC
āÉÞÝŏsğsŊœĬıä継続的向上Ĉ図ÙܺÅ考¾
ĺŘs IC áÀºÜåh高効率j低ķčģ電源用ĺŘs
ݸāg
IC M-Power 2 ä量産化Þ LCD}Liquid Crystal Display~
電源 IC ú車載用ĺŘs IC ä分野áÀºÜøhĺŘs
į ŕ ļ 用 電 源 大 手 各 社 Ý ä 採 用h 第 四 世 代 256 ļ Ĭ ı
İĹčĢ技術Ĉ活用ÍÕ高耐圧ŀŖĤĢh高耐圧素子ú
（12）
PDP}Plasma Display Panel~ċIJŕĢIJŒčĹ IC ä量産
大出力素子Ĉ内蔵ÏāŀŖĤĢÂ富士電機ä強õݸāg
化h同ÎÅ第四世代 96 ļĬı PDP ĢĖŌŜIJŒčĹ IC
基本ŀŖĤĢåÏïÜ 30 V 以上ä素子Â内蔵可能áàÙ
ä 開 発h 擬 似 共 振 型 低 待 機 電 力
AC-DC
電 源 制 御 IC ä
ÜÀĀhAC-DC 電源 IC 向Çáå 500 V 起動素子ä内蔵h
（15）
量 産 化h 自 動 車 ECU}Electronic Control Unit~ 用 入 力
車載用čęijčĨ向Çáå 600 V IGBT ä内蔵h車載用ĺ
（13）
（16）
統合 IC ä量産化h同ÎÅ自動車 ECU 用 CSP}Chip-Size
Řs IC 向Çáå 60 V ĺŘs MOSFET ä内蔵hDC-DC
Package~-IPS}Intelligent Power Switch~ ä 量 産 化h1
電源 IC ú車載用統合ĺŘs IC 向Çáå 30 V Áÿ 60 V ä
ĪŌĶŔ出力降圧型 DC-DC ĜŜĹsĨ IC ä開発h第二
低ēŜ抵抗 DMOS}Double-Diffused MOS~ä内蔵áþÙ
世代ŇčĘŖ電源ä開発àßh多Åä成果Ĉ上Èܺāg
Üh特徴¸ā製品群Ĉ生õ出ÍÜÃܺāgÉĂÿŀŖ
M-Power 2 åh高効率j低ķčģ電源用ĺŘs IC ÞÍ
ĤĢ技術á加¾Üh複数äĠœĜŜĪĬŀúŇčĘŖč
Üå第二世代ä製品ݸĀh富士電機独自ä制御技術á
ŜĩĘĨĈ積層ÍÜ一ÚäĺĬĚsġá集積化Ïā COC
þÙÜ共振åÐĂäàº電流共振型電源Ĉ初÷Ü実現ÍÕ
}Chip-on-Chip~技術ø最近実用化ËĂh小型化Þ大出力
ĺŘs IC ݸāg高効率j低ķčģä 250 W ôÝä大出
化á大Ãà効果Ĉ発揮Í始÷ܺāg図 6 áh現在ĞŜŀ
力電源Ĉ容易á構成ÝÃāÉÞÁÿh特áķčģĈ嫌º高
Ŕ展開中ä第二世代ŇčĘŖ電源ä外観Ĉ示ÏgDC-DC
効率Ĉ求÷ā LCD àßäľŒĬıĺĶŔįŕļ用電源向
電 源 IC á 出 力 用 ĺ Ř s MOSFET Ĉ 内 蔵 Í Õ Ġ œ Ĝ Ŝ
Çá採用Â進ĉݺāg同ÎĺĬĚsġäôôÝËÿàā
ĪĬŀÞŇčĘŖčŜĩĘĨĈ COC 技術áþÙÜ一体化
高出力Ĉ実現Ïā M-Power 2A Ġœsģä開発ø進÷Ü
ÏāÉÞÝh世界Ý最ø小Ëà DC-DC ĜŜĹsĨĈ実現
ÀĀhľŒĬıĺĶŔįŕļä大画面化á対応Ïāg
ÍÕäÂ第一世代ŇčĘŖ電源ݸāÂh第二世代ŇčĘ
（17）
PDP IJŒčĹ IC åh富士電機ä得意à高耐圧技術Â
Ŗ電源å同Î出力ÝËÿá 40 % ä小型化Ĉ達成Íܺāg
生 à ā ĺ Ř s IC Ý ¸ Āh ċ IJ ŕ Ģ IJ Œ č Ĺ 用 ä 100 V
ĺŘs IC ä高性能化Þ小型化äÕ÷áåh内蔵Ïā出
系 BCD}Bipolar, Complimentary and Double-Diffused
力用ĺŘsİĹčĢä高性能化Þ小型化Â最ø重要ݸāg
MOS~ ŀ Ŗ Ĥ Ģ Þ Ģ Ė Ō Ŝ IJ Œ č Ĺ 用 ä 200 V 系 SOI
富士電機Ýåh将来á向ÇÕĺŘs IC 内蔵用ĺŘsİĹ
}Silicon on Insulator~ŀŖĤĢá多Åä独自技術Ĉ実用
čĢä高性能化Þ小型化ä研究開発ø精力的á進÷ܺ
化ÍÜÃܺāg特á 200 V 系 SOI ŀŖĤĢåh世界Ý
āg特á力Ĉ入ĂܺāäåhœĪďʼnčēŜ電池制御用
（18）
（14）
初÷Ü SOI á IGBT Ĉ集積化ÍÕŀŖĤĢݸĀh出力
ú DC-DC ĜŜĹsĨ用ÞÍÜh将来的áå車載用ÞÍÜ
ļĬı¸ÕĀä面積Ĉ大幅á低減ÏāÉÞÂ可能ÞàÙ
ø使ºÕºÞ考¾Üºā富士電機独自ä三次元ĺŘsİĹ
ܺāg図 5 áhPDP IJŒčĹ IC äļĬı単価低減äı
č Ģ TLPM}Trench Lateral Power MOSFET ~ Ý ¸ āg
（19）
ŕŜIJĈċIJŕĢIJŒčĹä例Ý示ÏgÉĂôÝåİĹ
図 7 á最新äİĹčĢä断面写真Ĉ示ÏgĸčĞčIJ側ä
čĢjŀŖĤĢä改善Þ多ļĬı化áþÙÜļĬı単価å
ĢčĬĪŜę素子ÞÍÜø使用可能àÉäİĹčĢåh性
順調á低減ÝÃÕÂh今後å電源電圧äĢĚsœŜęÂ許
能指数 2onj1gd Ý 16.4 mΩnC}20 V 耐圧品~ÞĺŘs IC
内蔵用ÞÍÜå世界最高性能Ĉ実現ÍàÂÿhÉäĘŒ
図
PDP ドライバ IC のビット単価の低減傾向（アドレスドラ
イバ IC の例）
ビット単価（相対比較）
特 集
界最高ŕłŔä低ēŜ抵抗 19.8 mΩcm }660 V 耐圧品~Ĉh
低ĜĢı化Â期待ÝÃāıŕŜĪ埋込õ型ä試作Ý得ÜÀ
図
第二世代マイクロ電源の外観
1
第一世代
マイクロ電源
0
2003
2004
2005
年度
（ 4 ）
2006
従来の電源
0
第二世代
マイクロ電源
3（mm）
富士時報 6OL.O
図
半導体の現状と展望
世界トップクラスの性能指数と高い静電気耐量を両立させ
た最新型 TLPM の断面写真
p.339-342.
Nishimura, Y. et al. All lead free IGBT module with
（ 6）
ゲート
ドレイン
Onozawa, Y. et al. 1200 V Super Low Loss IGBT
（ 7）
Module with Low Noise Characteristics and High dI/dt
Controllability. Proceedings of IEEE Industry Applications
Conference. Session 10, 2005, p.2.
Nishimura, Y. et al. Investigations of all lead free IGBT
（ 8）
module structure with low thermal resistance and high
reliability. Proceedings of ISPSD’
06. 2006, p.249-252.
1.0 m
Kobayashi, T. et al. High-Voltage Power MOSFET
（ 9）
Reached Almost to the Silicon Limit. Proceedings of
ISPSD’
01. 2001, p.435-438.
ĢäİĹčĢä泣Ã所ݸā静電気耐量ø HBM}Human
Fujihira, T. Theory of Semiconductor Superjunction
（10）
（20）
Body Model~Ý 2 kV Þ高ºŕłŔĈ同時á達成Íܺāg
Devices. Japan Journal of Applied Physics. vol.36, 1997,
（21）
Ëÿàā将来á向ÇÜåİġĨŔ制御ä研究ø進÷ÜÀ
Āh現在äċijŖę制御ĈİġĨŔ制御化ÏāÉÞáþā
制御回路ä高精度化h低消費電力化h小型化ä可能性Ĉ検
p.6254-6262.
Takahashi, K. et al. 20 mΩcm
（11）
2
660 V Super Junction
MOSFETs Fabricated by Deep Trench Etching and
Epitaxial Growth. Proceedings of ISPSD’
06. 2006, p.297-300.
討Íܺāg
Nomiyama, T. et al. New 256-ch PDP Address Driver IC
（12）
with Reducing Switching Noise. Proceedings of IDW/AD’
05.
あとがき
2005, p453-456.
富士電機åhĺŘsđŕĘıŖĴĘĢ技術ä革新Þ普及
藤平龍彦ñÁi自己分離 CDMOS 技術áþā自動車 ECU
（13）
Ĉ通ÎÜ社会ä発展Þ地球環境保護á貢献ÍܺÃÕºÞ
用 Ğ s ġ 保 護 ICi 電 気 学 会 研 究 会 資 料i2004, VT-04-18,
願ÙܺāgĺŘs半導体åÓä柱ä一ÚĈ担¼基幹部品
p.21-24.
ݸĀh本稿ÝåĺŘs半導体ä主要製品áÚºÜ現状Þ
Sumida, H. et al. A High Performance Plasma Display
（14）
展望Ĉ述ïÕg
98. 1998,
Panel Driver IC Using SOI. Proceedings of ISPSD’
ĺŘs半導体Â社会ä発展Þ地球環境保護á貢献ÏāÕ
p.137-140.
÷áåhÓä高性能化j小型化j高信頼化j低ĜĢı化Ĉ
ÉĂôÝ以上á加速ÍܺÁãæàÿàºg一方ÝhÓă
Fujihira,
（15）
T.
Smart
IGBT
for
Automotive
Ignition
Systems. Proceeding of CIPS’
00. 2000, p.36-44.
Óă理論限界á近ÛÃÚÚ¸āÞ思ąĂā技術ø少àÁÿ
Yoshida, Y. A Self-Isolated CDMOS Technology for the
（16）
Ð存在Íh今後å材料hŀŖĤĢhİĹčĢh回路hĺĬ
Integration of Multi-Channel Surge Protection Circuits.
Ěsġh試験àßhËôÌôà分野Ý幾Úøä技術革新Â
Proceedings of ISPSD’
03. 2003, p.101-104.
求÷ÿĂāg富士電機Ýåh今後ø技術開発áËÿá力Ĉ
Hayashi, Z. et al. High-efficiency dc-dc converter chip（17）
入ĂܺÅÞÞøáh新技術Ĉ生õ出Ñā人材h技術Ĉ革
size module with integrated soft ferrite. IEEE Trans. Magn.
新ÝÃā人材ä育成á努÷ܺÅ所存ݸāg
vol.39, issue 5, 2003, p.3068-3072.
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参考文献
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04. 2004,
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06. 2006, p.373-376.
（ 5 ）
特 集
excellent reliability. Proceedings of ISPSD’
05. 2005, p.79-82.
ソース
富士時報 6OL.O
ハイブリッド車用 IGBT モジュール
特 集
西浦 彰}áͼÿe¸Ãÿ~
征矢野 伸}ÓúäeÍĉ~
両角 朗}øăÐõe¸Ãÿ~
á 2 年以上経過ÏāÉÞÂ多ºg環境問題îä対応ÞÍÜ
まえがき
（ 1（
）2）
進÷ÿĂܺā鉛ľœs化ä取組õáÚºÜøh産業用Þ
地球温暖化防止á対Ïā社会的要請Â高ôĀÚÚ¸ā中
車載用ÞÝå目標ÞÏā信頼性ŕłŔÂ異àāÕ÷h適用
Ýh石油製品価格ä高騰Â追º風ÞàĀhĸčĿœĬIJ車
材料ôÝ異àāÉÞ¸āg
ä販売台数Â急速á伸éܺāg現在主流ÞàÙܺā走
行方式åhĕĦœŜđŜġŜÞ電気ŋsĨä 2 種類ä動力
.
信頼性要求と対応技術
源Ĉ組õ合ąÑh走行状態á応ÎÜ負荷分担Ĉ最適化Ïā
産業用Þ車載用ä IGBT ŋġŎsŔá対Ïā信頼性保証
ÉÞÝ燃費Ĉ向上ËÑāøäݸāgÉäĠĢįʼnåh量
ä要求ŕłŔä比較例Ĉ表１á示Ïg車載用ŋġŎsŔåh
産車発売初期áå非常á高ĜĢıݸÙÕÕ÷h販売台数
水冷式ݸāÉÞÞ温度変化幅Â大úÉÞÁÿh温度Ğ
å限定的ݸÙÕgÓä後h自動車ŊsĔsh電装Ŋs
čĘŔá対Ïā要求Â産業用á比ïÇÕ違ºá厳ͺÉÞ
Ĕsh部品ŊsĔsä性能向上ÞĜĢı低減îä努力áþ
Â分ÁāgİĹčĢä実力Ĉ超¾ā回数ä温度変化}温度
ĀĠĢįʼnĜĢıÂ下ÂĀÚÚ¸Āh現在ä販売台数増加
ĞčĘŔ~Â加¾ÿĂÕ場合hĺŘsĪĬŀú絶縁基板Ĉ
áÚàÂÙܺāg
接合ÍܺāåĉÖ層á亀裂Â入Āh熱抵抗Â上昇Ïā不
ĕĦœŜĸčĿœĬIJĠĢįʼnÝåhđŜġŜÂ発生Ï
具合Â発生ÏāgÍÕÂÙÜh温度ĞčĘŔ耐量要求Ĉ満
ā動力Ĉ電気đĶŔėsá変換ÍhĹĬįœsîä充放
足ÏāÕ÷ä技術ååĉÖ層äĢıŕĢĈ緩和ÏāÉÞÂ
電ÞŋsĨ駆動á利用ÏāÕ÷áčŜĹsĨhĜŜĹsĨ
基本ÞàāgôÕh高温高湿環境下Ý使用ËĂāÉÞĈ想
Þ呼ì電力変換ĠĢįʼnĈ用ºÜºāgÉä電力変換Ġ
定ÍÜhŀœŜı基板äŇčęŕsĠŐŜ耐性ø重要à項
Ģįʼnä主ĢčĬĪŜęİĹčĢÞÍÜ IGBT}Insulated
目ݸāg
Gate Bipolar Transistor~ŋġŎsŔĈ用ºāÉÞÂ一般
的áàÙܺāgIGBT ŋġŎsŔå 20 年ñß前Áÿ産
.
鉛フリーに対応した信頼性技術
業設備Ĉ中心á利用ËĂÜÃÕ素子ݸāÂh自動車î適
環境問題îä対応Áÿh自動車業界å 2009 年ä ELV
用ËĂāÕ÷áËÿá高信頼性ÁÚ高性能Ĉ目指ÍÜ開発
}End of Life Vehicles~規制á向Çh鉛ľœs化á取Ā組
Â進÷ÿĂܺāg
ĉÝÃÕgÍÁÍàÂÿ前述äþ¼áh自動車用途áÀ
本稿ÝåhĸčĿœĬIJ車á用ºÿĂā IGBT ŋġŎs
Çā信頼性要求ŕłŔä高ËÂ足ÁÑÞàĀh自動車用電
Ŕä性能Þ信頼性á関Ïā要素技術Þ適用製品ä例Ĉ紹介
子機器類ä完全鉛ľœs化áå至ÙܺàÁÙÕg図 1 á
Ïāg
IGBT ŋġŎsŔä一般的à断面図Ĉ示Ïg下Áÿ放熱金
車載用 IGBT モジュールの信頼性技術
.
表
信頼性保証の要求レベルの比較例
分 類
産業用モジュールとの違いの背景
項 目
車載用 IGBT ŋġŎsŔä基ÞàÙܺāäå産業用á
長年使用ËĂÜÃÕ製品群ݸāgÍÁÍàÂÿ車載用製
温度サイクル試験
品å従来ä産業用製品á比ïh使用環境Þ使用条件Â厳Í
ÅàāÕ÷h主á長期信頼性á関Ïā要求ŕłŔÂ大ÃÅ
異àÙܺāgÉäÕ÷h自動車用電装品å信頼性ä確認
パワーサイクル試験
振 動 試 験
á要Ïā期間Â長Åh開発Ĉ開始ÍÜÁÿ量産ËĂāôÝ
車載用
100サイクル
温度条件：
−40∼＋125 ℃
1,000サイクル
温度条件：
−40∼＋125 ℃
15,000サイクル
30,000サイクル
温度条件：ΔT
j =100 ℃ 温度条件：ΔT
j =100 ℃
加速度=10 G
X，Y，Z方向各2 h
加速度=20 G
X，Y，Z方向各2 h
西浦 彰
征矢野 伸
両角 朗
ĸčĿœĬIJ車用 IGBT ŋġŎs
ĸčĿœĬIJ車用 IGBT ŋġŎs
ĸčĿœĬIJ車用 IGBT ŋġŎs
ŔjIPM ä開発á従事g現在h富
ŔjIPM ä開発j設計á従事g現
ŔjIPM ä開発j設計á従事g現
士電機İĹčĢįĘķŖġs株式
在h富士電機İĹčĢįĘķŖ
在h富士電機İĹčĢįĘķŖ
会社半導体事業本部自動車電装事
ġs株式会社半導体事業本部基盤
ġs株式会社半導体事業本部基盤
業部 EV 開発部ŇĶsġŌsg電
技術統括部ċĤŜĿœ開発部g
技術統括部ċĤŜĿœ開発部g
気学会会員h日本物理学会会員g
（ 6 ）
産業用
富士時報 6OL.O
ハイブリッド車用 IGBT モジュール
測ÝÃāg図 3 ÝåhåĉÖ組成áþĀĘŒĬĘÂ伸展Í
åÅĈ接合ÍÕ基板~
håĉÖhIGBT ĪĬŀhŘčōŅ
ܺÅ様子Ĉ実際á確認ÝÃāgÉäþ¼à三次元解析Ĉ
ŜİČŜęáþĀ構成ËĂܺāgIGBT ĪĬŀ下åĉÖ
詳細á行ºh実際ä実験結果Þ比較ÏāÉÞÝh銅łsĢ
ä鉛ľœs化áÚºÜåh産業用ŋġŎsŔÝ開発ËĂ実
Þ鉛ľœsåĉÖĈ用ºÕ構造áþÙÜø自動車用ä信頼
（ 3）
（ 6）
∼
用化ËĂܺāg
性要求á耐¾ā構造Â可能ÞàÙÜÃÕg
絶縁基板下åĉÖ
（ 1）
ŀœŜı基板ä信頼性向上
（ 2）
放熱łsĢÞ絶縁基板Ĉ接合ÏāåĉÖá関ÍÜåh温
ŀœŜı基板実装á鉛ľœsåĉÖĈ用ºāÉÞÝœľ
度ĞčĘŔáþāĢıŕĢÝĘŒĬĘÂ発生Ïā問題ä
Ŗs温度Â高ÅàāÕ÷áhåĉÖ耐熱性Â低º従来ä
解決á向ÇËôÌôà試õÂàËĂܺāg放熱łsĢ
FR-4 基板Ĉ使用Ïā場合á注意Â必要ݸāgôÕh自
Þ絶縁基板ä熱膨張率å異àÙÜÀĀhåĉÖÝ接合Ë
動車用İĹčĢá求÷ÿĂā耐ŇčęŕsĠŐŜ性h高温
ĂÕ両者å温度変化áþĀåĉÖ部îä熱応力Ĉ発生Ë
度ĞčĘŔ性å徐々á厳ÍÅàÙÜÃܺāgåĉÖ耐熱
ÑāgÉä応力áþĀåĉÖ層áĘŒĬĘÂ伸展ÏāÉ
性Ĉ向上Íh¸ąÑÜĸŖěŜľœs化ÍÕ低熱膨張基板
ÞÂ鉛ľœsåĉÖĈ用ºā¼¾Ýä課題ݸāgĸč
Ĉ用ºāÉÞÝhŇčęŕsĠŐŜ耐量h温度ĞčĘŔ耐
ĿœĬIJ車用ä IGBT ŋġŎsŔÝå従来Áÿ放熱łsĢ
量ä向上ø図āÉÞÂ可能Þàāg 図 4 áh0.5 mm Þº
á
Cu-Mo
ú
Al-SiC
àßä熱膨張率Â小˺}熱膨張率
¼狭ºĺĨsŜ間隔á電圧 1,200 V Ĉ印加ÍÕ高温高湿Ĺ
7 v 10 ppmhCu å 16 ppm~複合材料Â用ºÿĂܺāÂh
čċĢ試験時ä絶縁抵抗推移Ĉ示Ïg本ĸŖěŜľœs基
ÉĂå上記ä課題á対Ïā一Úä対策ݸāgÍÁÍàÂ
板å 2,000 時間以上Þº¼非常á良好à耐性Ĉ示ÏÉÞÂ
ÿÉĂÿä材料å放熱性Ĉ表Ï熱伝導率Â銅Þ比較ÍÜ低
分Áāg
Å}Cu 390 W/mK á 対 Í 150 v 250 W/mK~
h銅Þ比較
IGBT ŋġŎsŔå高耐圧素子ݸĀhŋġŎsŔÞ接
ÍÜ数倍ĜĢıÂ高ºhÞº¼問題¸āg比較的ĜĢı
続ËĂāŀœŜı基板上Ý高電圧配線Â隣接Ïāg安全性
Â低ÅÁÚ放熱性Â良º銅ĈłsĢ材料á適用ÏāÕ÷áh
Ĉ確保ÏāÕ÷h基板表面äčēŜŇčęŕsĠŐŜáþ
熱応力ĠňŎŕsĠŐŜĈ行ÙÕ例Ĉ図 2 á示Ï}1/4 ŋ
ā耐圧低下Ĉ起ÉÍÜåàÿàºÉÞÁÿh余裕度Â大Ã
İŔ~
gôÕhåĉÖ材料Ĉ変¾Õ試料áþā温度ĞčĘ
ºÉÞå使用上ä安心感áÚàÂāg
ŀœŜı基板接続部ä鉛ľœsåĉÖ
（ 3）
Ŕ試験ä結果Ĉ図 3 á示Ïg
図 2 Ýåh与¾ÿĂÕŋİŔáÀÇā変形量Þ応力Ĉ推
IGBT ŋġŎsŔåIJŒčĿ回路ú保護回路Þ組õ合ą
図
図
IGBT モジュールの断面図
温度サイクル試験（2,000 サイクル）後の絶縁基板下超
音波写真（白い部分がはんだクラック）
SnAgはんだ
銅または
アルミニウム回路
IGBTチップ
絶縁基板
（SiN：3 ppm，
AIN：4 ppm，
Al2O3：7 ppm）
セラミックス
銅または
アルミニウム回路
SnPbはんだ
または
鉛フリーはんだ
放熱ベース
（Cu-Mo，Al-SiC：7∼10 ppm，
Cu：16 ppm）
（a）SnAgはんだ
IGBT モジュールの熱応力シミュレーション例
（1/4 モデル）
図
高温高湿バイアス試験時の絶縁抵抗推移
大
1015
変
形
量
絶縁抵抗（Ω）
図
（b）SnSbはんだ
条件：1,200 V印加
85 ℃，85 ％
パターン間距離：0.5 mm
14
10
1013
1012
小
1011
（a）25 ℃→125 ℃時の挙動
（b）25 ℃→40 ℃時の挙動
初期
500
1,000
1,500
2,000
2,456
試験時間（h）
（ 7 ）
特 集
属łsĢhåĉÖh絶縁基板}ĤŒňĬĘĢä両面á金属
富士時報 6OL.O
図
ハイブリッド車用 IGBT モジュール
スルーホール接続部の断面
図
ハイブリッド車用 IGBT-IPM
図
U シリーズ IGBT チップのダイナミックアバランシェ動作
（温度サイクル 2,000 サイクル後）
特 集
クラック
クラック
波形
ÑÜ使用ËĂāÕ÷hŀœŜı基板ÞäåĉÖ接続技術å
ダイナミック
アバランシェ動作
重要ݸāgËÿá IPM}Intelligent Power Module~Ý
åhŀœŜı基板ÂŋġŎsŔĺĬĚsġá内装ËĂā
I C＝50 A/div
Õ÷hŋġŎsŔ本体Þ同等ä温度ĞčĘŔŕłŔÂ要
求ËĂāgŀœŜı基板ÞŋġŎsŔ部Ĉ接続ÏāĢŔs
ńsŔÝø鉛ľœs化å欠ÁÑàº要求ݸĀh開発Â進
V CE ＝200 V/div
÷ÿĂÜÃÕg図 5 áh耐久性Ĉ向上ËÑÕ SnAg 系ä鉛
ľœsåĉÖĈĢŔsńsŔ接続部á用ºÕ構造ä温度Ğ
čĘŔ試験後ä断面Ĉ示Ïg基板ä Z 軸方向}厚Ë方向~
ä熱膨張率 FR-4 ä半分程度Þ低ºÕ÷h2,000 ĞčĘ
Ŕ経過後øĘŒĬĘä伸展å限定的ݸĀh要求ŕłŔĈ
達成Íܺāg
ハイブリッド車用 IGBT-IPM
ĺŘsĪĬŀĈ電気的á接続ÏāċŔňŘčōáåhĺ
ÉĂôÝ述ïÜÃÕ IGBT ŋġŎsŔä要素技術Ĉ基盤
ŘsĞčĘŔ性á優Ăā 400 m 径Ĉ適用Íh低抵抗ÁÚ
áÍÜ開発ÍÕhĸčĿœĬIJ車用 IGBT-IPM áÚºÜ
高強度à接続Ĉ得ܺāgŀœŜı基板áåhåĉÖ耐熱
Óä概要Ĉ紹介Ïāg図 6 á外観Þ内部Ĉ示Ïg
性Ĉ向上ËÑÕĸŖěŜľœs基板Ĉ採用Íh温度ĞčĘ
Ŕ耐性ÞŇčęŕsĠŐŜ耐性Ĉ確保Íܺāg
.
IPM の概要
定格 600 A 1,200 V ä昇降圧ĜŜĹsĨ用ĢčĬĪŜę
.
U シリーズ IGBT チップ・FWD チップ
素子ݸĀh上ċsʼn 1 相h下ċsʼn 1 相ä 2 ċsʼnÝ構
IGBT ĪĬŀhFWD ĪĬŀáå産業用Ý市場実績Ĉ積
成ËĂܺā}昇降圧ĜŜĹsĨk353 Ńsġä解説
ĉÖ 1,200 V 系ä U ĠœsģĪĬŀĈ使用ÍܺāgU Ġ
（ 7）
参照~
g各ċsʼnå IGBThFWD}Free Wheeling Diode~
œsģ IGBT ĪĬŀå第五世代 IGBT á相当ÏāıŕŜĪ
ÞøáĪĬŀÂ 4 並列á接続ËĂÜÀĀhěsı駆動回路h
ěsıĨčŀݸĀh低 6CE}sat~特性Þ高ºĩčijňĬĘ
保護回路hĪĬŀ温度出力回路àßĈ内装基板á搭載Ïāg
ċĹŒŜĠĐ耐量Ĉ併Ñ持ÙÕ素子ݸāg図 7 áhU Ġ
œsģ IGBT ĪĬŀäĩčijňĬĘċĹŒŜĠĐ動作波形
.
パッケージ構成
Ĉ示ÏgÉä波形åh大電流ĨsŜēľ時äĞsġ電圧đ
放熱łsĢáå銅Ĉ用ºāÕ÷h絶縁基板Þä熱膨張率
ĶŔėsĈĩčijňĬĘċĹŒŜĠĐáþĀ吸収Íܺ
ä差Áÿ曲È応力Â発生Ïāg絶縁基板áå曲È応力á強
āøäݸāgU Ġœsģ FWD å低注入効率Ĩčŀäċ
º酸化ċŔň系ä高強度ĤŒňĬĘĢĈ用ºāÉÞÝh銅
ķsIJ構造Ĉ持×輸送効率Ĉ高ÅÝÃāÕ÷h6F ä温度
łsĢä適用Ĉ可能ÞÍܺāg絶縁基板下ä鉛ľœså
特性Â正ÞàĀ特性æÿÚÃÂ小˺àßä特長Ĉ持Úg
ĉÖáåh耐ĘŒĬĘ性Ĉ高÷āÕ÷á SnSb Ĉ用ºÜº
āgôÕh曲È応力áþāåĉÖ層äĢıŕĢÂ最ø大Ã
.
保護機能
º絶縁基板周辺部áåhåĉÖĘŒĬĘä影響Ĉ受Ç難º
IGBT ä破壊Ĉ未然á防Æ機能ÞÍÜh産業用 IPM Ý
形状Ĉ採用Íܺāg
ø一般的à過電流保護Þ過熱保護ÞĈ IGBT 全ĪĬŀá搭
（ 8 ）
富士時報 6OL.O
ハイブリッド車用 IGBT モジュール
Nishimura, Y. et al. Investigations of all lead free IGBT
（ 2）
ċsʼnÓĂÔĂä IGBT ĪĬŀ温度Ĉ外部áċijŖę出力
module structure with low thermal resistance and high
Íh動作状況Ĉ監視可能áÏā機能Ĉ設Çܺāg
reliability. Proceedings of the 18th International Symposium
on Power Semiconductor Devices & ICz
s. 2006, p.285-288.
あとがき
両角朗ñÁiĺŘs半導体ŋġŎsŔáÀÇā信頼性設計
（ 3）
技術i富士時報ivol.74, no.2, 2001, p.145-148.
ĸčĿœĬIJ車用 IGBT ŋġŎsŔáÚºÜ高信頼性Þ
Morozumi, A. et al. Reliability of Power Cycling for IGBT
（ 4）
鉛ľœs化Ĉ実現ÏāÕ÷ä要素技術hÀþé製品例Ĉ紹
Power Semiconductor Modules. IEEE TRANSACTIONS
介ÍÕgĸčĿœĬIJ車ä販売台数åÉĂÁÿø増加Íh
ON INDUSTRY APPLICATIONS. vol.39, no.3, May/June
当面å電力変換á IGBT ŋġŎsŔÂ使用ËĂ続Çāݸ
2003, p.665-671.
ă¼gÓĂá伴ºh従来åŋġŎsŔĈ製造ÍܺàÁÙ
ÕŊsĔsÂ参入ÍÚÚ¸Āh新技術ä開発競争Â進ĉÝ
両角朗ñÁi電気自動車用高信頼ĺŘsŋġŎsŔ技術i
（ 5）
富士時報ivol.76, no.10, 2003, p.630-633.
ºÅÞ予想ËĂāg富士電機å今後øËÿá高信頼性h小
Nishimura, Y. et al. All lead free IGBT module with
（ 6）
型化h高放熱性á取Ā組õhŏsğsÂþĀ使ºúϺŋ
excellent reliability. Proceedings of the 17th International
ġŎsŔä実現á向ÇÜ開発Ĉ進÷ܺÅ所存ݸāg
Symposium on Power Semiconductor Devices & ICz
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解 説
昇降圧コンバータ
最近äĸčĿœĬIJ車ÝåhĹĬįœsäĜĢı低
IPM
500∼650 V
減ÞŋsĨäĺŘs増大Ĉ両立ËÑāÕ÷áhĹĬį
œs電圧Ĉ昇圧Ïā回路}昇圧ĜŜĹsĨ~Ĉ設Çā
ĚsĢ¸āgôÕhĿŕsĖŜę時äđĶŔėsĈ
ĹĬįœsá再充電ÏāÕ÷á降圧ĜŜĹsĨÂ組õ
合ąÑÿĂāÕ÷h昇降圧ĜŜĹsĨÞ呼æĂāg
150∼
300 V
バ
ッ
テ
リ
ー
モータ/
発電機
昇降圧コンバータ
インバータ
（ 9 ）
特 集
載ÍܺāgÓäñÁá車載用ä特殊à機能ÞÍÜh上下
富士時報 6OL.O
New Dual IGBT モジュール
特 集
兼田 博利}ÁãÖeèăÞÍ~
小川 省吾}ÀÂąeÍý¼Ê~
堀 元人}ñĀeøÞèÞ~
外形寸法図Ĉ図 2 áh製品系列Ĉ表１áh最大定格j特性
まえがき
Ĉ表 2 áÓĂÔĂ示Ïg
汎用čŜĹsĨú無停電電源装置}UPS~á代表ËĂā
電力変換機器åh常á高効率化j小型化j低価格化j低騒
New Dual IGBT モジュールの特徴
音化Â要求ËĂܺāg電力変換用素子áø高性能化j低
.
価格化Â求÷ÿĂܺāg電力変換用素子áåhÓä低
コンセプト
損失性h駆動回路ä容易ËhËÿá高破壊耐量Áÿ IGBT
現在hU4 Ġœsģ IGBT ŋġŎsŔ}以下hU4-IGBT
}Insulated Gate Bipolar Transistor~Âh現在最ø普及Í
Þ略Ï~åh表 3 á示Ïþ¼áh耐圧 1,200 V á対ÍÜ 50
ܺāg
v 3,600 A Þº¼広範囲à電流容量Àþé多彩àĺĬĚs
富士電機Ýåh1988 年ä製品化以来h特性改善ú信頼
ġÂ系列化ËĂÜÀĀhÉĂáþĀhËôÌôà電力変換
性ä向上Ĉ進÷ÜÃÕg
装置îä適用Â可能ÞàÙܺāg
ôÕh近年h環境問題îä対応ÁÿhđŕĘıŖĴĘ
Ģ実装áÀºÜ従来ä SnPb åĉÖä代替ÞÍÜ鉛ľœs
図 2 New Dual IGBT モジュールの外形寸法図
注 1
0.8
åĉÖä実用化}RoHS 規制îä対応~Â進÷ÿĂܺāg
Éäþ¼à背景Áÿh電力変換用素子áÀºÜø鉛ľœs
62
22
äĪĬŀĈ用ºhËÿá鉛ľœsåĉÖĈ適用Íh欧州
50
AC
N
本稿Ýåh富士電機ä最新技術Ĉ導入ÍÕ U4 Ġœsģ
57.5
化Â望ôĂܺāg
P
RoHS 規制á対応ÍÕ New Dual IGBT ŋġŎsŔĈ開発
94.5
ÍÕäÝ紹介Ïāg
回路構成
110
P
122
137
New Dual IGBT モジュールの系列・特性
150
AC
φ4.5
φ2.6
17
T1
20.5
New Dual IGBT ŋġŎsŔäĺĬĚsġ外観Ĉ図 1 áh
T2
N
注 1RoHSk電気電子機器á含ôĂā特定有害物質ä使用制限
図
New Dual IGBT モジュールのパッケージ外観
表
New Dual IGBTモジュールの製品系列
型 式
定格電圧
(V)
2MBI225U
4N-120-50
2 in 1
2MBI300U
4N-120-50
2MBI450U
4N-120-50
兼田 博利
（ 10 ）
定格電流
(A)
パッケージ
サイズ
(mm)
パッケージ
型式
150×60
×17
M254
225
1,200
300
450
小川 省吾
堀 元人
ĺŘs半導体İĹčĢä開発j設
ĺŘs半導体ŋġŎsŔä開発j
IGBT ŋġŎsŔä構造設計j開
計Àþé応用技術開発á従事g現
設計j品質保証á従事g現在h富
発á従事g富士電機ċIJĹŜĢı
在h富士日立ĺŘsĤňĜŜĩĘ
士日立ĺŘsĤňĜŜĩĘĨ株式
įĘķŖġs株式会社ĠňŎŕs
Ĩ株式会社松本事業所開発設計部g
会社松本事業所開発設計部Īsʼn
ĠŐŜ/熱解析技術部g日本伝熱
œsĩsg
学会会員g
富士時報 6OL.O
New Dual IGBT モジュール
Éä中Ýh今回開発ÍÕ New Dual IGBT ŋġŎsŔ
Àþé質量ä低減Ĉ実現Íh電力変換装置ä小型化á貢献
å 1,200 V 耐圧h電流容量 225 v 450 A ä領域á新Õá加
g
Íܺā}表 4 参照~
注 2
一方h6 in 1 ĺĬĚsġÝåh冷却ľČŜä放熱限界Á
Ěsġ}以下h6 in 1 ĺĬĚsġÞ称Ï~åh従来ä 2 in
ÿŋġŎsŔ中央部分á熱集中Â発生ÍhÓä結果hĪĬ
1 ĺĬĚsġÝ構成ÍÕ場合á対ÍÜh大幅à面積h体積
ŀ温度ä上昇Ĉ招ÃhİĹčĢ適用条件}温度hĖŌœō
周波数~àßá制限Â必要à場合¸ÙÕgÉä課題á対
ÍÜh今回開発ÍÕ New Dual IGBT ŋġŎsŔáÜ構成
注 2EconoPACK+kEupec GmbH. Worstein ä登録商標
表
最大定格・特性（代表型式：2MBI450U4N-120-50）
（a）最大定格（指定なき場合は， T j ＝T c ＝25 ℃）
記 号
条 件
定 格
単 位
コレクタ‒エミッタ間電圧
V CES
VGE ＝0 V
1,200
V
ゲート‒エミッタ間電圧
V GES
±20
V
450
A
項 目
ー
IC
連続
I c(pulse)
1 ms
Tc = 80 ℃
コレクタ電流
900
A
2,080
W
ー
150
℃
ー
−40∼＋125
℃
Tc = 80 ℃
コレクタ損失
Pc
１素子
最大接合温度
T jmax
Tstg
保存温度
（b）電気的特性（指定なき場合は，T j ＝T c ＝25 ℃）
項 目
記 号
試験条件
標 準
最 大
単 位
コレクタ遮断電流
I CES
ー
ー
3.0
mA
ゲート‒エミッタ間漏れ電流
I CES
VGE ＝±20 V，VCE = 0 V
ー
ー
600
nA
ゲート‒エミッタ間しきい値電圧
コレクタ‒エミッタ間飽和電圧
入力容量
VGE ＝0 V，VCE =1,200 V
最 小
VGE（th）
VCE = 20 V， I C = 450 mA
4.5
6.5
8.5
V
VCE(sat)（端子間）
I C = 450 A，VGE =15 V
ー
2.40
2.55
V
C ies
VCE =10 V，
VGE ＝0 V，f =１ MHz
ー
50
ー
ｎF
ー
0.32
1.20
t on
ターンオン時間
tr
VCC = 600 V， I C = 450 A，
ー
0.10
0.60
t off
VGE =±15 V，R G =1.1 Ω
ー
0.41
1.00
s
ターンオフ時間
tf
ー
0.07
0.30
順電圧降下
V F（端子間）
I F = 450 A，VGE ＝0 V
ー
2.10
2.25
V
逆回復時間
t rr
I F = 450 A
ー
ー
0.35
s
記 号
試験条件
最 小
標 準
最 大
IGBT
ー
ー
0.06
FWD
ー
ー
0.10
（c）熱的特性
項 目
R th（j-c）
熱抵抗
表
単 位
℃/W
U4シリーズIGBTモジュールの系列
電圧
定格
I c定格
パッケージ
PIM
225 A
450 A
50 A
100 A
75 A
150 A 200 A 300 A 400 A 600 A
(11 kW)
(22 kW)
(40 kW)
(75 kW)
800 A
1,200 A 1,600 A 2,400 A 3,600 A
EP3
New PC3 with NTC
6 in 1
New PC3 with NTC
EconoPACK＋
1,200 V
New Dual IGBTモジュール
2 in 1
M232 M233
M235
M249
1 in 1
M248
M127
M138
M142
M143
（ 11 ）
特 集
ąÙÕ系列ݸāg表 3 中ä EconoPACK+}6 in 1~ĺĬ
富士時報 6OL.O
New Dual IGBT モジュール
ÍÕ場合h熱源ä分散配置áþā最適化Â可能ÞàĀh熱
Ïþ¼áhčŜĹsĨ結線時äĢŃsĢľĊĘĨåh従来
特 集
集中Ĉ低減ÝÃāg図 3 áh6 in 1 ŋġŎsŔÞ 2 in 1 ŋ
ä 2 in 1 ĺĬĚsġÞ比較ÍÜh面積比Ýå 6 % 増Þàā
ġŎsŔÝ構成ÍÕ場合ä温度上昇比較Ĉ行ÙÕ熱ĠňŎ
Âh体積比Ýå 40 % 減h質量比Ýå 24 % 減ÞàāgÉĂ
ŕsĠŐŜ結果Ĉ示Ïg6 in 1 ĺĬĚsġá比ïÜhŋ
åhñò 6 in 1 ĺĬĚsġÞ同等àĢŃsĢľĊĘĨݸ
ġŎsŔ間á距離Ĉ取Ā熱源Ĉ分散ËÑÕÉÞÝh同一
Āh熱源分散ä効果Ĉ維持ÍÚÚ電力変換装置ä小型化á
発生損失ä場合hĪĬŀ温度Ĉ 14 ℃下ÈāÉÞÂÝÃā
貢献ÝÃāg図 4 á従来ä 2 in 1 IGBT ŋġŎsŔh6 in
}代表ŋİŔáÀºÜ~
gÉäĪĬŀ温度低減áþĀh装
1 IGBT ŋġŎsŔhNew Dual IGBT ŋġŎsŔä外形
置jİĹčĢä信頼性向上á貢献ÝÃāgôÕh同一ĪĬ
比較Ĉ示Ïg
ŀ温度ÞÍÕ場合åh電流容量ċĬŀhĖŌœō周波数
ËÿáhNTC}Negative Temperature Coefficient~Ğs
ċĬŀàßä装置性能向上á寄与ÝÃāg
ňĢĨÂ各ŋġŎsŔÊÞá内蔵配置ËĂāäÝh各ŋ
New Dual IGBT ŋġŎsŔå 6 in 1 ĺĬĚsġĈ 3 分
ġŎsŔ内ä温度監視ĈþĀ高精度á行¼ÉÞÂÝÃhÃ
ä 1 á分割ÍÕ構造Þ類似ÍܺāgÉäÕ÷h表 4 Ý示
ą÷Ü細Áº制御Â可能Þàāg
表
各種 IGBTモジュールのスペースファクタ比較
外形寸法
（mm）
パッケージ
M249（2 in 1）
EconoPACK＋
（6 in 1)
New Dual IGBT
モジュール（2 in 1)
図
.
インバータ結線時の
スペースファクタ
質量 （従来機種を100 %とする）
（ｇ）
占有
占有
占有
面積比
体積比
質量比
110×80
×30
460
100
100
100
162×150
×17
950
92
52
69
62×150
×17
350
106
60
76
鉛フリー構造
本製品åh当初Áÿ RoHS 対応Ĉ視野á入Ăh鉛ľœs
構造Ĉ前提áÍÜ設計Ĉ行ÙÜÀĀh以下á示Ï富士電機
ä鉛ľœs化技術Ĉ適用Íܺāg
ĺŘsĞčĘŔ耐量Ĉ向上ËÑāÕ÷áhĪĬŀ下å
（ 1）
ĉÖá鉛ľœsåĉÖĈ適用
温度ĞčĘŔ試験耐量Ĉ向上ËÑāÕ÷áh①熱膨張
（ 2）
係数Â銅á近ºċŔňijĤŒňĬĘĢĈ絶縁基板á採用h
②絶縁基板Þ銅冷却łsĢ間äåĉÖá SnAgIn 系åĉ
ÖĈ適用ÍhÓäåĉÖ厚õĈ最適化
温度上昇比較（熱シミュレーション結果）
.
U4-IGBT の特徴
New Dual Ý適用ÍÕ U4-IGBT ĪĬŀåıŕŜĪěs
条件：IGBT発生損失 1,643 W/FWD発生損失 413 W
定常状態，冷却フィン 30 cm×30 cm
6 in1モジュール
123 ℃
高
ı構造ä最適化Ýh従来þĀ実効的á小ËàňŒs容量
図
外形比較
温
度
従来の2 in1
IGBTモジュール
（3個使用時）
6 in1 IGBTモジュール
（EconoPACK＋）
2 in1 New Dual
IGBTモジュール
（3個使用時）
低
高
2 in1モジュール
図
IGBT の容量成分とターンオン特性の関係
109 ℃
VGE
VCE
温
度
t 2∝ R G・ C res
IC
低ノイズ化
RG
低損失化
間隔：2 cm
低
（ 12 ）
t1
t2
t1∝ R G・ C ies
富士時報 6OL.O
図
New Dual IGBT モジュール
従来のトレンチ IGBT と U4-IGBT のターンオンスイッチ
状áÏāÉÞáþĀŀŕsij型 IGBT ä JFET}Junction
Filed Effect Transistor~ 成 分 Â 存 在 Í à º Õ ÷ Ĝ ŕ Ę
ング波形比較
サンプル：1,200 V/450 A素子
条件：V DC＝600 V，VGE＝＋15 V/−15 V， I c＝450 A，
T j ＝125 ℃
従来のトレンチIGBT
R G（Ω）
ıŕŜĪ構造äÕ÷容量成分Â大ÃÅàāg特á #res Â
大úÞĨsŜēŜĢčĬĪŜęĢĽsIJÂ遅ÅàĀhĢ
U4-IGBT
čĬĪŜę損失Â大ÃÅàāgÍÕÂÙÜhÉä損失Ĉ低
減ÏāÕ÷áå #res ä低減Àþé入力容量}#ies~Þ #res
比率ä最適化Â有効ݸĀhU4-IGBT ÝåĠňŎŕs
ĠŐŜÞ確認実験Ĉ併用ÍÜhÓä最適化Â図ÿĂܺāg
3.3
図 6 áh従来äıŕŜĪ IGBT Þ U4-IGBT äĨsŜē
Ch1 VCE（200 V/div）Ch3 V GE（20 V/div）
Ch1 V CE（200 V/div）Ch3 V GE（20 V/div）
Ch2 I C（250 A/div） 時間 200 ns/div
Ch2 I C（250 A/div） 時間 200 ns/div
E ON
54.200（mJ/pulse）
31.900（mJ/pulse）
E ON
ŜĢčĬĪŜę比較波形Ĉ示Ïg図 5 á示Ïþ¼áh#res
Â低減ËĂܺāÕ÷hĨsŜēŜ損失Â従来äıŕŜĪ
IGBT þĀø小ËÅàÙܺāgôÕhěsı抵抗}2G~
Ĉ大ÃÅÍÕ場合ÝøhĜŕĘĨ−đňĬĨ間電圧}6CE~
įsŔÂ小˺äÝhĨsŜēŜ損失Â比較的小ËÅàā
33
Õ÷h2G áþāĨsŜēŜ速度制御ÂþĀ広範囲á可能
Ch1 VCE（200 V/div）Ch3 V GE（20 V/div）
Ch1 V CE（200 V/div）Ch3 V GE（20 V/div）
Ch2 I C（250 A/div） 時間 1.00
Ch2 I C（250 A/div） 時間 1.00
E ON
s/div
304.000（mJ/pulse）
s/div
195.700（mJ/pulse）
E ON
Þàāg
図 7 á U4-IGBT ä )c-6CE}sat~ 特性Ĉ示Ïg正ä温度特
性Â得ÿĂܺāÕ÷h並列接続時ä電流ċŜĹŒŜĢÂ
緩和ËĂh並列接続適用Â容易Þàāg
図
U4-IGBT の I C-V CE（sat）特性
.
1,200
Ñā傾向á¸ĀhFWD}Free Wheeling Diode~áÚº
1,000
コレクタ電流 I C（A）
U4-FWD の特徴
最近ä汎用čŜĹsĨå低周波出力時äıŔĘĈ向上Ë
VGE＝15 V
Üø熱的責務Â大ÃÅàĀhþĀ低損失}低 6F~化Â求
800
÷ÿĂāgôÕh並列接続ÍÕÞÃä電流ĹŒŜĢä均等
25 ℃
化ø IGBT Þ同様á重要Þàāg今回 U4-FWD Ýåh6F
600
125 ℃
äæÿÚÃĈ小ËÅÏāÕ÷hæÿÚÃá対Ïā工程要因
400
ä少ຠFZ}Floating Zone~結晶Ĉ採用ÍÕgFZ 結晶
200
ä適用á¸ÕĀh逆回復時äĞsġ電圧Ĉ少àÅÍh低
0
6F áÏāÕ÷áhĖŌœōŀŖľĊčŔÞ逆回復特性ä
0
1
2
3
コレクタ−エミッタ間電圧 V CE（V）
4
ĠňŎŕsĠŐŜĈ行ºhÓä最適値Ĉ導Ã出Íܺāg
図 8 á )F-6F 特性Ĉ示ÏgU4-IGBT Þ同様h正ä温度
特性Â得ÿĂh並列使用時ä電流ĹŒŜĢá有効Þàāg
図
U4-FWD の I F-V F 特性
あとがき
1,200
本稿Ýåh鉛ľœs化技術hU4-IGBThU4-FWD 技術
1,000
順電流 I F（A）
Ĉ適用ÍÕ New Dual IGBT ŋġŎsŔáÚºÜ製品系列
800
25 ℃
ÀþéÓä特徴áÚºÜ紹介ÍÕg本製品åh最新ä半導
125 ℃
体技術ÞĺĬĚsġŜę技術Ĉ駆使Íh電力変換装置ä小
600
型化j低損失化h環境保護á大ÃÅ貢献ÝÃāøäݸāg
400
今後ø素子ä高性能化j高信頼化á取Ā組õhËÿàā技
200
0
術äŕłŔċĬŀĈ図āÞÞøáhĺŘsđŕĘıŖĴĘ
Ģä発展á貢献Ïā所存ݸāg
0
1
2
順電圧 VF（V）
3
4
参考文献
原口浩一ñÁiU4 Ġœsģ IGBT ŋġŎsŔi富士時報i
（ 1）
}#res~Â実現ÝÃܺāg図 5 á IGBT ä容量成分ÞĨs
ŜēŜ特性ä関係Ĉ示Ïg
従来äıŕŜĪ IGBT ä構造ÝåhěsıĈıŕŜĪ形
vol.78, no.4, 2005, p.256-259.
西村芳孝ñÁi鉛ľœs IGBT ŋġŎsŔi富士時報i
（ 2）
vol.78, no.4, 2005, p.269-272.
（ 13 ）
特 集
Ĩ−đňĬĨ間飽和電圧}6CE}sat~~Â低減ËĂܺāÂh
富士時報 6OL.O
最新技術を用いた新コンセプト IGBT-PIM
特 集
小林 靖幸}ÉæúÍeúÏüÃ~
丸山 力宏}ôāúôeĀÃèă~
望月 英司}ø×ÛÃe¾ºÎ~
IJēľĈĿŕsĘĢŔsÏāÉÞÂ近年ä新Õà課題ݸ
まえがき
āgÉä課題Ĉ解決ÏāÕ÷áh最新äĪĬŀ技術Ĉ駆使
近年ä飛躍的àĺŘsđŕĘıŖĴĘĢä発展á伴ÙÜh
ÍhķčģÞ損失ä特性Ĉ最適化ÍÕ U4 ĠœsģĪĬŀ
主 á 産 業 分 野 Ý å 電 力 変 換 用 半 導 体 素 子 Þ Í Ü IGBT
Ĉ 2005 年á開発ÍÕgôÕh小型化h高密度実装äÕ÷
}Insulated Gate Bipolar Transistor~ŋġŎsŔÂ主流Þ
áå高放熱化ÍÕĺĬĚsġ開発Â必要ݸĀh高放熱ä
àĀh産業h交通h家電àßä幅広º分野Ý適用ËĂܺ
DCB}Direct Copper Bonding~基板}ĤŒňĬĘ絶縁基
āgIGBT ŋġŎsŔåh世代Ĉ重ãāáÚĂ革新的à技
板~
h熱干渉ä回避h最適内部ŕčċďıáþā実装効率
術Ĉ適用Í省đĶŔėsh高効率化h小型化h低ĜĢı
äċĬŀàßø必要ݸāgËÿá最近ä市場要求ݸā
化h高信頼性Ĉ実現ÍܺāgôÕhIGBT ŋġŎsŔå
RoHS 対応ø必須ݸāgÍÕÂÙÜhÉĂÿÏïÜä課
čŜĹsĨ装置ä小型化h高性能化îä要求ÁÿhËÿ
題Ĉ解決Ïā製品Ĉ開発ÍܺÁàÇĂæàÿàºg
注
àā高集積化Ĉ行¼ÉÞĈ目的áhčŜĹsĨ回路á加¾h
新コンセプト IGBT-PIM 製品の特徴
入力整流回路h回生用äĩčijňĬĘĿŕsĖ回路Ĉ一
ÚäĺĬĚsġá収納ÍÕĺŘs集積ŋġŎsŔ}PIMk
Power Integrated Module~á発展ÍÜÃÕg富士電機Ý
省đĶŔėsh高効率化h高信頼性åø×ăĉäÉÞh
åhÏÝá第三世代 N Ġœsģ PIM Ĉ 1995 年h第四世
小型化h集積化h低価格化Ĉ実現ÏāÕ÷áh次äĜŜĤ
代 S Ġœsģ
Econo-PIM
Ĉ 1999 年hÓÍÜ第五世代 U
ĠœsģĈ 2002 年á発売ÍÜÃÕg特á近年ÝåhËÿ
ŀıĈ主á製品開発Ĉ行ÙÕg
低ķčģÞ低発生損失ä両立
（ 1）
àā装置ä小型化j低価格化ä要求Â強ºgÉĂÿä要求
最新技術Ĉ駆使ÍÕ IGBT ĪĬŀhFWD}Free Wheel g
á応¾āïÅh本稿Ýåh最新äĪĬŀjĺĬĚsġ技術
ing Diode~ĪĬŀä適用áþĀhķčģÞ発生損失
Ĉ適用ÍÕ新Õà
IGBT-PIM
製品Ĉ開発ÍÕäÝÓä最
äıŕsIJēľ特性Ĉ改善
新技術Þ製品系列áÚºÜ紹介Ïāg
ĺĬĚsġ内部ŕčċďı改良áþĀ低ķčģ化Ĉ実
g
現
小型ĺĬĚsġÞ低ĜĢı化ä実現
（ 2）
小型化と集積化の課題
高放熱新 DCB 基板}厚銅åÅ DCB 基板~ä採用
g
近年ä市場要求ݸā小型化j低価格化Ĉ実現ÏāÕ÷
熱干渉Ĉ回避ÏāÕ÷ä最適ĪĬŀŕčċďı
g
áåhĪĬŀĞčģäĠŎœŜĘÂ非常á効果的ݸāg
ĪĬŀ実装効率Ĉ向上ÏāÕ÷ä最適内部ŕčċďı
g
ÍÁÍàÂÿhĪĬŀĞčģĠŎœŜĘå熱抵抗 2th}j
以上ÁÿhĪĬŀĞčģĠŎœŜĘ}従来比約 30 % ĩ
-c~
Â大ÃÅàĀh式
á示Ïþ¼á同時áĪĬŀ温度}温度
（ 1）
上昇幅Ǽ 4j c~Ĉ上昇ËÑāÉÞáàāÕ÷hĪĬŀä低
-
ďŜ~Þ高集積化Ĉ実現
従来ĺĬĚsġ EP3 ĞčģÝ 1,200 V/150 A PIM Ĉ
（ 3）
損失化hĺĬĚsġä高放熱化Â必要条件ݸāg
Ǽ 4j c ＝発生損失 × 2th}j
-
-c~
実現
xxxxxxxxxxx（ 1）
低損失化äÕ÷áåēŜ電圧ä低減øËāÉÞàÂÿh
最新のチップ技術
ĢčĬĪŜę損失Ĉ減ÿÏÕ÷á高速ĢčĬĪŜę化Ïā
2002 年á開発ÍÕ 1,200 V/1,700 V U Ġœsģ IGBT åh
必要¸āÂhÉĂå同時á放射ķčģĈ増加ËÑāg放
射ķčģå欧州規格 EN61800-3 àßÝÓäŕłŔå制限
ËĂܺāgÍÕÂÙÜh低損失化Þ放射ķčģäıŕs
注RoHSk電気電子機器á含ôĂā特定有害物質ä使用制限
小林 靖幸
丸山 力宏
望月 英司
IGBT ŋġŎsŔä開発j設計á
IGBT ŋġŎsŔä構造開発j設
半導体ĺĬĚsġäĜċ技術開発
従事g現在h富士日立ĺŘsĤň
計á従事g現在h富士電機İĹč
á従事g現在h富士電機İĹčĢ
ĜŜĩĘĨ株式会社松本事業所開
ĢįĘķŖġs株式会社半導体事
įĘķŖġs株式会社半導体事業
発設計部g
業本部基盤技術統括部ċĤŜĿœ
本部基盤技術統括部ċĤŜĿœ開
開発部g
発部ŇĶsġŌsgđŕĘıŖĴ
ĘĢ実装学会会員g
（ 14 ）
最新技術を用いた新コンセプト IGBT-PIM
富士時報 6OL.O
図
放射ノイズと発生損失のトレードオフ比較
高強度・高熱伝導化
1,200 V/75 A
放射ノイズ（dB V/m）
IGBT モジュール断面図比較
条件：
V GE ＝±15 V， f C ＝4 kHz，
I o ＝45 Arms，λ＝1.0，cosφ＝0.9
V dc ＝600 V， =±15
V GE
V
厚銅はく：0.6 mm
アルミナセラミックス：0.32 mm
銅：0.25 mm
IGBT/FWDチップ
銅：0.25 mm
60
新アルミナセラミックス：0.32 mm
IGBT/FWDチップ
厚銅はく：
0.5 mm
DCB基板
Uシリーズ
Sシリーズ
50
R G 推奨値
40
Cuベース
新パッケージ
熱広がりがよくなり，
熱密度が低減
U4シリーズ
R G 推奨値×2倍
R G 推奨値×3倍
30
55
Cuベース
従来パッケージ
60
65
＊ R Gを変えて評価を実施
70
75
80
図
過渡熱抵抗特性比較
発生損失（W）
熱抵抗 （℃/W）
R th（j-c）
1
近年注目ËĂܺāıŕŜĪěsı構造ÞľČsŔIJĢ
（ 1）
ıĬŀ}FS~構造Ĉ適用ÍÕ最新型ä IGBT ĪĬŀݸāg
Éä技術ĈËÿá特性改善ÍhþĀ使ºúϺİĹčĢÞ
ÍÜ 1,200 V/1,700 V U4 Ġœsģ IGBT ŋġŎsŔ}U4（ 2）
IGBT~Ĉ開発ÍÕg具体的áåhıŕŜĪěsı構造ä
0.1
新パッケージ
最適化áþĀh従来äıŕŜĪ IGBT þĀËÿáĨsŜē
従来パッケージ
ŜĢĽsIJä制御性Ĉ向上ËÑhňŒs容量}#res~ä低
0.01
0.001
減áþĀĨsŜēŜ損失Ĉ約 30 % 低減ËÑāÉÞÂÝÃ
0.01
0.1
1
10
P W（s）
パルス幅 ÕgĢčĬĪŜę時ä放射ķčģåhFWD ä逆回復特性
á着目ËĂܺāÂhFWD ä特性ÖÇÝ決ôāøäÝå
àÅhIGBT äĨsŜēŜ特性Ý FWD ä逆回復特性Â決
面積¸ÕĀä熱流量}熱密度~Ĉ下ÈāÉÞÂhþĀ放熱
ôāgÍÕÂÙÜh放射ķčģ低減äÕ÷áåhFWD ä
性向上á有効ݸāÉÞÂ分ÁÙÕg本製品ä開発Ýåh
õàÿÐ IGBT 特性ä最適化Â必要Þàāg
低ĜĢıj高信頼性Ĉ実現ÏāÕ÷áh従来同様áċŔň
放射ķčģä発生機構åh実際áå IGBT ŋġŎsŔÞ
ijĤŒňĬĘ素材ĈłsĢá対策ÍܺÅÉÞĈ検討ÍÕg
ĢijĹ回路間ä閉Ŕsŀä共振回路áþā振動Â放射源Þ
Éä結果h以下ä具体的à方策Ĉ採用ÍÜh新 DCB 基板
（ 3）
àāÉÞÂ報告ËĂÜÀĀhÓäıœĕåĢčĬĪŜę時
ä DI/DT Þ DV/DT á起因ÍܺāgÉĂå特á IGBT Ĩs
（ 4）
Ĉ開発ÍÕg
長期信頼性Àþé機械的à強度Ĉ確保ÍÕ高熱伝導Ĥ
（ 1）
ŜēŜ時ä DI/DT Þ DV/DT Ý決ôĀhFWD ä逆回復特性
ø同様áĨsŜēŜ特性áþĀ決定ËĂāg
ŒňĬĘĢĈ適用Ïā}熱伝導率k28 W/mK~
g
DCB 基板ä銅åÅĈ現行ä 0.25 mm Áÿ 0.6 mm á
（ 2）
U4-IGBT å前述äĪĬŀ改良áþĀhĨsŜēŜ時ä
厚ÅÏāÉÞÝ熱Ĉ分散ËÑh単位面積¸ÕĀä熱流量
DI/DT Þ DV/DT ä制御性Ĉ向上ÍhÁÚĨsŜēŜ損失Ĉ
Ĉ小ËÅÏāg
低減ÏāÉÞáþĀh図 1 á示Ïþ¼à放射ķčģÞ発生
銅åÅä厚õÂ増ÍÜh従来ĤŒňĬĘĢá拘束ËĂ
（ 3）
損失äıŕsIJēľ特性Ĉ改善ÍÕg
ܺÕ銅åÅä線膨張係数Ĉh銅本来ä特性ÞÍh結果
ÞÍÜh高信頼性Ĉ得āg
最新のパッケージ技術
図 3 á Ǽ 6CE 法 á þ ā 熱 抵 抗 評 価 結 果 Ĉ 示 Ïg 従 来
DCB 基板ä製品á比ïh新 DCB 基板Ĉ適用ÍÕ製品ä熱
.
新 DCB 基板の開発
抵抗}2th}j c~~å約 25 v 30 % ä低減効果Â確認ÝÃÕg
-
図 2 á IGBT ŋġŎsŔ}PIM Ĉ含ö~ä断面図Ĉ示
ÏgIGBT ĪĬŀhFWD ĪĬŀÝ発熱ÍÕ熱åhDCB 基
板h銅łsĢĈ通Ā放熱ľČŜá抜Ç放熱ËĂāg他素材
.
最適内部パターンレイアウト
熱干渉ä回避
（ 1）
Þ比較ÍÜ高強度j安価àċŔňijĤŒňĬĘĢå熱伝導
同一ĺĬĚsġá複数個äĺŘsĪĬŀĈ搭載ÍÕ
Â劣āgDCB 基板ä銅ä熱伝導率å 390 W/mKh絶縁層
IGBT-PIM 製品åh実際äčŜĹsĨ動作時áåÏïÜ
äċŔňijĤŒňĬĘĢä一般的à熱伝導率å 20 W/mK
ä素子Â発熱ÏāÕ÷hĺĬĚsġ内部ÝåhĪĬŀ同士
ÝhĤŒňĬĘĢÂ断熱層ÞàÙܺāgÉä DCB 基板
ä熱干渉áþĀ熱集中Ĉ起ÉÏÉÞ¸āgôÕh市場要
ä熱抵抗Ĉ下ÈāÕ÷hĤŒňĬĘĢä薄板化h熱伝導率
求äËÿàā製品ä小型化Ĉ実現ÏāÕ÷áåh熱干渉
改善Ĉ実施Íܺāg一方h最近ä開発ä結果Áÿh単位
áþā熱集中Ĉ回避Ïā必要¸āgÓÉÝ新ĺĬĚsġ
（ 15 ）
特 集
70
図
最新技術を用いた新コンセプト IGBT-PIM
富士時報 6OL.O
間電流Ŕsŀ面積Ĉ減ÿÏÕ÷á DCB 銅ĺĨsŜ配線Ĉ
内部ĪĬŀŕčċďı検討h最適化Ĉ実施ÍÕg同一ĺĬ
改良Íh素子特性äõàÿÐĺĬĚsġÝø低ķčģ化
ĚsġĞčģÝ従来ĺĬĚsġÞ新ĺĬĚsġä熱分布Ĉ
á向ÇÕ実験Þ検討Ĉ実施ÍÕgÉä結果h 図 5 á示Ï
比較ÍÕ結果Ĉ図 4 á示Ïg従来ĺĬĚsġÝåhĺŘs
þ¼áhP-N 間電流Ŕsŀ面積Ĉ従来ĺĬĚsġþĀ約
ĪĬŀÂĺĬĚsġ中央付近á集中ÍܺāÕ÷h熱干渉
50 % 低減Íh 図 6 á示Ïþ¼áh放射ķčģĽsĘ値Ĉ
ä影響Ý中央部äĪĬŀä温度Â高÷áàÙܺāÉÞÂ
約 5 dB 低減ÍÕgÉĂáþĀhĨsŜēŜĢĽsIJĈË
分Áāg一方Ý新ĺĬĚsġÝåhĺŘsĪĬŀ同士ä熱
ÿá高速化ÍÜ適用ÝÃā可能性¸ĀhĢčĬĪŜę損
干渉Ĉ避ÇāÕ÷ĪĬŀŕčċďıhĪĬŀ間隔ä最適化
失ä低減ø期待ÝÃāg
Ĉ行ÙÕgÉä結果h温度分布Âñò均一áàĀh7j Ý最
大 10 ℃程度ä低減効果Ĉ確認ÍÕg
新製品系列
ĪĬŀ実装効率ä向上
（ 2）
新ĺĬĚsġÝåh熱分散ÍÕĪĬŀŕčċďıá加¾h
富士電機åh前述ä最新ĪĬŀ技術Þ今回新Õá開発
DCB ĺĨsŜä最適ŕčċďıáþĀhĪĬŀ搭載面積
ÍÕ新ĺĬĚsġ技術Ĉ組õ合ąÑh世界 No.1 ä超小型
比Ĉ 16.7 % Áÿ 26.1 % áÍhĪĬŀ実装効率Ĉ 56 % 向上
IGBT-PIM Ĉ 開 発 Íh1,200 V 系 列 Ý å 従 来 Þ 同 一 Ğ č
ËÑÕg
ģäĺĬĚsġÝ 2 倍ä電流定格Ĉ実現ÍÕg 表 １ á今
回新Õá開発ÍÕ IGBT-PIM äĺĬĚsġ系列h 図 7 á
.
1,200 V/150 A 品äĺĬĚsġ外観比較Ĉ示ÏgÉĂÿ新
低ノイズ化技術
čŜĹsĨ装置ä放射ķčģå 30 MHz v 1 GHz ä周
製品ä系列化áþĀh装置ä小型化h低ĜĢı化Â期待Ý
波数Ý規格á準拠ÍÕŕłŔá入āþ¼設計Ïā必要¸
ÃāgôÕh本製品系列åh近年ä環境規制ݸā RoHS
āgÉä周波数領域äķčģ発生機構åh実際áå IGBT
指令á対応ÍÕ製品群ݸĀh環境問題îä取組õø実施
ŋġŎsŔÞĢijĹ回路間ä閉Ŕsŀä共振回路áþā振
ÍÕ製品ݸāg
（ 3）
動Â放射源ÞàāÉÞÂ報告ËĂܺāgŇĘĢďĐŔä
遠方電界方程式åh
% ＝ 1.32 × 10 − 14 × F 2 × 3 × ) /R xxxxxxxx（ 2）
図
放射ノイズ比較
}Fk周波数h) k電流h3 k電流Ŕsŀ面積hR k距離~
60
面積áø依存ÏāgÍÕÂÙÜhĺĬĚsġ内部ä P-N
50
図
放射ノイズ（dB V/m）
Ý表ËĂhĢijĹ回路ÞĢčĬĪŜę素子ä電流閉Ŕsŀ
FEM 熱解析による温度分布比較
85
高
従来パッケージ
（EP2）
80
ジャンクション温度 （℃）
Tj
特 集
開発á¸ÕĀh三次元 FEM}有限要素法~熱解析áþĀ
新パッケージ（WB1）
5 dB低減
従来パッケージ（EP3）
40
30
20
10
最大
1,200 V/75 A IGBT-PIM
0
30
40
50
60
温
度
平均
新パッケージ
（WB0）
75
70
80
90
100
110
周波数（MHz）
従来パッケージ（EP2）
低
最小
高
70
表
Uシリーズチップサイズシュリンク
＋新DCB基板パッケージ
温
度
65
Uシリーズチップサイズシュリンク
＋新DCB基板パッケージ
＋最適チップレイアウト
60
新パッケージ（WB0）
次世代パッケージを適用した製品系列（IGBT-PIM）
耐圧
I c 定格（A）
現行
パッケージ
U/U4
シリーズ
低
15
25
35
50
75
100
150
M711（EP2）
107.5×45（mm）
M712（EP3）
122×62（mm）
1,200 V
図
新
パッケージ
U4
シリーズ
低ノイズ化内部レイアウト
耐圧
I c 定格（A）
現行
パッケージ
U2
シリーズ
M719（WB0）
107.5×45（mm）
15
20
30
50
M711（EP2）
107.5×45（mm）
M720（WB1）
122×62（mm）
75
100
150
M712
（EP3）
122×62
（mm）
600 V
従来パッケージ（EP3）
新パッケージ（WB1）
P-N間電流ループエリア
（ 16 ）
新
パッケージ
U2
シリーズ
M719（WB0）
107.5×45（mm）
M720
（WB1）
122×62
（mm）
最新技術を用いた新コンセプト IGBT-PIM
富士時報 6OL.O
図
1,200 V/150 A 従来品と新パッケージ品の外観比較
Õ新製品Ĉ紹介ÍÕg
富士電機åh今後ø素子ä高性能化j高信頼性化á取Ā
ŀĈ図āÞÞøáĺŘsđŕĘıŖĴĘĢä発展á貢献Í
ܺÅ所存ݸāg
参考文献
6 in 1モジュール＋
ダイオードモジュール（従来品）
IGBT-PIM 新パッケージ
（WB1）
Laska, T. et al. The Field Stop IGBT}FS IGBT~A
（ 1）
New Power Device Concept with a Great Improvement
Potential. Proc. 12th ISPSD ’
00. 2000, p.355-358.
原口浩一ñÁiU4 Ġœsģ IGBT ŋġŎsŔi富士時報i
（ 2）
vol.78, no.4, 2005, p.256-259.
あとがき
五十嵐征輝ñÁi電力変換装置Áÿ放射ËĂā電磁雑音
（ 3）
ä解析Þ低減方法i産業応用部門誌ivol.118-D, no.6, 1998,
近年hIGBT ŋġŎsŔå低損失化Â進ö一方Ýh放射
p.757-766.
ķčģä課題Â改÷Ü重要視ËĂÜÃÕg今回h低ķčģ
Nishimura, Y. et al. New generation metal base free
（ 4）
化j小型j低ĜĢı化Ĉ最重要項目ÞÍÜ取Ā組õh最新
IGBT module structure with low thermal resistance. Proc.
äĪĬŀįĘķŖġshĺĬĚsġįĘķŖġsĈ融合Í
16th. ISPSD ’
04. 2004, p.347-350.
（ 17 ）
特 集
組õh新Õà課題jĴsģá対ÍËÿàā技術ŕłŔċĬ
富士時報 6OL.O
小容量 IGBT モジュール
特 集
楠木 善之}ÅÏäÃeþÍüÃ~
小松 康佑}ÉôÚeɼÏÇ~
菊地 昌宏}ÃÅ×eôËèă~
表
まえがき
汎用čŜĹsĨú無停電電源装置}UPS~àßä電力変
CP-Pack，CP-PIMの製品系列
電圧定格
（V）
パッケージ
換機器á搭載ËĂā電力用半導体素子ÞÍÜåh低損失性h
電流定格
（A）
型 名
5
7MBR5U2L060T-50
10
7MBR10U2L060T-50
15
7MBR15U2L060T-50
Ýå 1988 年ä製品化以来h産業用分野Ĉ中心á IGBT ŋ
20
7MBR20U2L060T-50
ġŎsŔĈ展開ÍÜÃÕg
30
7MBR30U2L060T-50
5
6MBI5U2L-060T-50
10
6MBI10U2L-060T-50
15
6MBI15U2L-060T-50
化Â強Å求÷ÿĂܺāgÉĂá伴ºh従来å中容量帯Â
20
6MBI20U2L-060T-50
中心ݸÙÕ IGBT ŋġŎsŔøh小容量分野Ýä需要Â
30
6MBI30U2L-060T-50
駆動回路ä容易Ëh信頼性ä高ËÁÿhIGBT}Insulated
CP-PIM
Gate Bipolar Transistor~Â最ø普及Íܺāg富士電機
M718
600
近年h省đĶŔės化ä要求Áÿh世界的áđċĜŜú
冷蔵庫àßÂ急速áčŜĹsĨ化Íܺāg小容量分野Ý
CP-Pack
å特áđċĜŜ市場àßĈ中心á高効率h低価格化h小型
M641
拡大ÍܺāgÉĂÿä市場要求á対Íh富士電機Ýå新
5
7MBR5U2L120T-50
}čŜĹsĨ用ŋġŎs
ͺ小容量ŋġŎsŔCP-Pack
10
7MBR10U2L120T-50
}CP-Power Integrated Modulek
Ŕ~ÀþéCP-PIM
15
7MBR15U2L120T-50
ĿŕsĖ付ÃčŜĹsĨ/ĜŜĹsĨ用ŋġŎsŔ~Ĉ開
25
7MBR25U2L120T-50
CP-PIM
M718
1,200
5
6MBI5U2L-120T-50
10
6MBI10U2L-120T-50
考慮Íhŀŕsij型 IGBT Ĉ搭載Íܺāg構造面ÞÍÜ
15
6MBI15U2L-120T-50
åh富士電機äŋġŎsŔ製品Ýå初ÞàāœsIJľŕs
25
6MBI25U2L-120T-50
発Íh系列化ÍÕg
特性面ÞÍÜåh効率向上Þ放射ķčģ低減ä両立Ĉ
CP-Pack
M641
ʼn}L/F~構造Ĉ採用Íh小型軽量化ÞhĜĢı低減ä両
立Ĉ実現ÍÕg
図 1 á ĺ Ĭ Ě s ġ 外 形 Ĉ 示 Ïg ô ÕhCP-Pack Þ CP注
ôÕh環境対策ÞÍÜh欧州ä RoHS 指令á対応ÍÕ鉛
PIM Ï ï Ü ä 機 種 á NTC }Negative Temperature
ľœsĺĬĚsġÞÍܺāg
Coefficient~ĞsňĢĨĈ内蔵ÍܺāgÉĂáþĀhŋ
本稿ÝåhÓä概要Þ技術開発áÚºÜ紹介Ïāg
ġŎsŔ内部äĚsĢ温度ĈœċŔĨčʼnáŋĴĨÏāÉ
ÞÂ可能Ýh異常時ä確実à保護h検出Ĉ可能áÍܺāg
製品系列
電気的特性
表１áh今回新Õá開発ÍÕ小容量ŋġŎsŔä製品系
列Ĉ示Ïg
小容量系列åh産業用途ÖÇÝàÅh家電用途á使用Ë
6 in 1 ĺĬĚsġݸā CP-Pack ÞhCP-PIM ä二Ú
ĂāÉÞø多ºÉÞĈ考慮Íh高信頼性Þ放射ķčģ低減
äĺĬĚsġÝ構成ËĂh600 V/5 v 30 A Þh1,200 V/5
Ĉ重視ÍÜ設計Ĉ行ÙÕg
v 25 A äŋġŎsŔĈ系列化}計 16 機種~Íܺāg
富士電機ÝÏÝá実績ä¸ā半導体素子Ĉ用ºāÉÞ
áþĀh高信頼性Ĉ確保ÍhôÕhIGBT Þ FWD}Free
Wheeling Diode~äŇĬĪŜęÞhÓĂÔĂä特性Ĉ最
注RoHSk電気電子機器á含ôĂā特定有害物質ä使用制限
楠木 善之
小松 康佑
菊地 昌宏
IGBT ŋġŎsŔä開発設計á従
IGBT ŋġŎsŔä開発設計á従
IGBT ŋġŎsŔä開発設計á従
事g現在h富士日立ĺŘsĤňĜ
事g現在h富士日立ĺŘsĤňĜ
事g現在h富士日立ĺŘsĤňĜ
ŜĩĘĨ株式会社松本事業所開発
ŜĩĘĨ株式会社松本事業所開発
ŜĩĘĨ株式会社松本事業所開発
設計部g
設計部g
設計部Īsʼnœsĩsg溶接学会
会員g
（ 18 ）
富士時報 6OL.O
小容量 IGBT モジュール
図１ CP-Pack, CP-PIM の外形図
CP-Pack
CP-PIM
パッケージ名
M641
M718
59.88
Gw W
Gv V
88.62
B
Gu U
Gw W
Gv V
Gu U
T
S
R
10
1
1
44
36.4
6
外 形 図
15
23
7
T2T1Gy Ey
GxGx
T2 T1
P
11
Gb Eb
Gz Ez
Gy Ey
Gx Ex
N
P1
P
13.84
13.84
Gz Ez
図
特 集
シリーズ名
寸 法
L 59.88×W 44×H 13.84（mm）
L 88.62×W 36.4×H 13.84（mm）
質 量
41 g
58 g
S-IGBT と U2-IGBT の比較
.
600 V 系
600 V 系列ÞÍÜåhIGBT á富士電機製ä U2 Ġœs
100
U2-IGBT
S-IGBT
90
射ķčģ低減äıŕsIJēľ改善á実績ä¸ā U Ġœs
80
（dB/ V）
ģ IGBTŀŕsij NPT}Non Punch Through~
Ĉ採用
ÍܺāgôÕhFWD åhĢčĬĪŜę損失ä低減Þ放
ģ FWD Ĉ採用Íܺāg
70
.
60
1,200 V 系
1,200 V 系áåŀŕsij FS}Field Stop~IGBT Ĉ採用
50
ÍܺāgôÕhFWD áå 600 V 系列Þ同様á U Ġœs
ģ FWD Ĉ採用Íܺāg高ĖŌœōÝ使用ËĂāÉÞä
40
多º小容量素子向ÇÞÍÜh特áĢčĬĪŜę損失低減á
30
40
60
80
100
重点Ĉ置ºÜ設計Íܺā}従来品比 20 % 低減~
gËÿáh
120
（MHz）
富士電機ä従来Ġœsģݸā S ĠœsģÞ同等ä放射
（a）放射ノイズのスペクトル
á S ĠœsģÞ U2
ķčģŕłŔĈ維持Íܺāg図 2（a）
20
リカバリー dv / （kV/
dt
s）
U2-IGBT
S-IGBT
ĠœsģÞä放射ķčģĢŃĘıŔĈ示ÏgôÕh図 2（b）
á FWD œĔĹœsä DV/DT-)f ĔsĿĈ示Ïg
15
パッケージ構造
CP-PackhCP-PIM Ýåh小型軽量化h低ĜĢı化á
重点ĈÀºÜ開発Ĉ行ÙÕg
10
.
5
低コスト化・小型化
小容量帯ä製品ÞÍÜh特á要求ËĂāäÂh低ĜĢ
0
20
40
60
I （A）
f
80
100
（b）FWDリカバリーの dv / dt -I fカーブ
ı化ݸāgısĨŔĜĢıĩďŜäÕ÷áåh部材á
ÁÁāĜĢı削減á加¾h組立工数ä削減áþāĜĢı
低減ø必須ݸāgÉĂÿĈ達成ÏāÕ÷áhCP-Packh
CP-PIM Ýåh富士電機äĺŘsŋġŎsŔÞÍÜ初÷
（ 1）
適化ÏāÉÞáþĀh放射ķčģŕłŔä低減Ĉ達成Ïā
ÉÞÂÝÃÕg
Ü L/F 構造Ĉ採用ÍÕg本製品á採用Íܺā L/F 構造
ÝåhĪĬŀ表面Þ基板ĺĨsŜÞä接続ĈhŘčōŅŜ
İČŜęÝåàÅh直接端子ĈåĉÖ付ÇáþĀ接続ÍÜ
（ 19 ）
富士時報 6OL.O
小容量 IGBT モジュール
ºāgÉäÕ÷h1 回äåĉÖ付Ç工程ÝÏïÜä接合Â
.
可能ÞàĀhËÿáŘčōŅŜİČŜę工程Ĉ不要ÞÏā
特 性
ôÕh本製品Ýå新ͺ絶縁樹脂Ĉ採用ÍÕċŔň絶縁
åh従来Áÿ使ąĂܺā汎用絶縁樹脂層á比ï約 3 倍熱
基板Ĉ使用ÍܺāgÉĂáþĀh従来ä DCB}Direct
伝導率ä高º物Ĉ採用ÍܺāgÉä絶縁樹脂Ĉ使¼ÉÞ
Copper Bonding~Þ実使用上遜色}ÓĉÍýÅ~àº信
áþĀh製品ÞÍÜä熱抵抗Ĉ低減ÏāÉÞá成功ÍÕg
（ 2）
頼性Ĉ確保ÍÚÚhĜĢıĩďŜÏāÉÞÂ可能ÞàÙÕg
ËÿáhÉä絶縁信頼性ä面Ýå高耐圧Ýä使用ø可能
Ëÿá L/F 構造hċŔň絶縁基板ä採用àßáþĀh
ݸĀhċŔň絶縁基板Ĉ使用ÍÕŋġŎsŔÞÍÜåh
600 V/30 Ah1,200 V/25 A ĘŒĢä PIM ÞÍÜåh従来
富士電機Ý初÷Ü 1,200 V 耐圧ä系列化ø可能ÞàÙÕg
製品á比ï大幅á薄型化h軽量化ÏāÉÞá成功ÍÕgô
ôÕh信頼性ä面Ýå従来製品Þ同等以上ä特性Ĉ確保
Õh小型äĺĬĚsġݸĀàÂÿh1,200 V 耐圧ĘŒĢ
ÍܺāÕ÷h顧客ä要求á対Íh十分満足ÝÃā製品Þ
ä UL 規格Ĉ満足Ïā絶縁距離Ĉ確保Íܺāg図 4 á従
àÙܺāg
来製品Þ
CP-PIM
ÞäĺĬĚsġ外形比較Ĉ示ÏgCP-
PIM ä開発áþĀh顧客装置ä小型化j軽量化á貢献Ý
回路構成
ÃāÉÞÞ確信Íܺāg
図 5（a）
á CP-Pack ä回路図h
á CP-PIM ä回路図Ĉ
（b）
図
従来モジュールと新小容量モジュールとの工程フロー比較
図
CP-Pack, CP-PIM の回路図
新小容量モジュール
従来モジュール
P1
チップはんだ付け
チップおよび
端子ケースはんだ付け
ワイヤボンディング
エポキシ樹脂注型
端子接続
エポキシ樹脂硬化
Gu
Gv
Gw
U
V
W
Gx
Gy
Ex
ケース接着
試験
接着剤硬化
梱包
T1
T2
Gz
Ey
Ez
（a）CP-Pack（6 in 1モジュール）
P P1
ゲル注入
R
S
T
Gu
Gv
Gw
B
U
V
W
Gb
Gx
Gy
Gz
T1
ゲル硬化
試験
N
Ex
Eb
図
Ey
Ez
（b）CP-PIM（PIM）
梱包（こんぽう）
従来製品と CP-PIM の外形比較
シリーズ名
CP-PIM
パッケージ名
M718
従来製品 EP2
M711
88.62
107.5
23
11
20
10
8
22
20.5
外 形 図
24
7
23
45
36.4
9
1
21
10
13.84
特 集
今回採用ÍÕ新ͺ絶縁樹脂層Ĉ用ºÕċŔň絶縁基板
g
àßh大幅à工数削減á成功ÍÕ}図 3~
1
2
3
4
5
6
LABEL
寸 法
L 88.62×W 36.4×H 13.84（mm）
L 107.5×W 45×H 20.5（mm）
質 量
58 g
180 g
（ 20 ）
T2
富士時報 6OL.O
示ÏgCP-PackhCP-PIM Þøá直流中間電圧ŇčijĢ
小容量 IGBT モジュール
ĜĢı化Þ合ąÑÜh小容量čŜĹsĨá求÷ÿĂā小型
軽量化j低ĜĢı化á大ÃÅ貢献ÝÃāÞ確信Ïāg
各相ÊÞä電流検出ĈĠŌŜı抵抗ú電流ĜċàßÝ行¼
富士電機Ýåh素子ä性能ċĬŀá加¾hËÿàā小型
ÉÞÂ可能áàĀh簡易łĘıŔ制御úhþĀ確実à過電
化j低ĜĢı化j高信頼性Ĉ提案ÝÃāĺĬĚsġ設計Ĉ
流保護á貢献ÝÃāÞ考¾ÿĂāg
進÷h小容量čŜĹsĨá求÷ÿĂāhŋġŎsŔä開発
Ĉ行ÙܺÅ所存ݸāg
あとがき
参考文献
L/F 構造hđņĖĠ樹脂封止áþāh小型軽量化h低
Mochizuki, E. et al. The New Structure IGBT module for
（ 1）
ĜĢıĈĜŜĤŀıÞÍÕ小容量 IGBT ŋġŎsŔCP-
Surface Mount Technology. Proc. PCIM 2005 Europe. June
Pack
CP-PIMä特長h
Àþé製品系列áÚºÜ紹介Í
7-9, 2005, p.790-793.
Õg本製品Ýå IGBT ĪĬŀhFWD ĪĬŀäŇĬĪŜę
ÞhÓĂÔĂä特性ä最適化Ĉ行¼ÉÞáþĀ低ķčģ化
岡本健次ñÁi高温高湿ĹčċĢ試験áÀÇā樹脂絶縁層
（ 2）
ä絶縁劣化現象i第 20 回đŕĘıŖĴĘĢ公演大会i
Þ高信頼性Ĉ実現ÍܺāgôÕ L/F 構造採用áþā低
（ 21 ）
特 集
側}N ŒčŜ~Ĉ分離ÍܺāgÉĂáþĀh顧客装置Ý
富士時報 6OL.O
完全鉛フリー IGBT モジュール・IPM
特 集
西村 芳孝}áÍöÿeþÍÕÁ~
西澤 龍男}áÍÌąeÕÚÀ~
望月 英司}ø×ÛÃe¾ºÎ~
まえがき
図
近年h地球環境ä変化áþĀ起ÉÙܺā酸性雨áþÙ
富士電機の IGBT モジュール・IPM 模式図
③端子−銅回路間はんだ接合部
①チップ−銅回路間はんだ接合部
銅回路
Üh廃棄ËĂÕ電気機器中äåĉÖÁÿ鉛Â流出Íh地
回路端子
下水Ĉ汚染ÍܺāÞºąĂܺāgÓäÕ÷hđŕĘ
IGBTチップ
樹脂ケース
ıŖĴĘĢ実装áÀºÜ従来ä SnPb åĉÖä代替ÞÍÜ
注
絶縁基板
鉛ľœsåĉÖä実用化}欧州 RoHS 規制îä対応~Â
進÷ÿĂܺāgÉäþ¼à背景Áÿ IGBT}Insulated
Gate Bipolar Transistor~ ŋ ġ Ŏ s ŔjIPM}Intelligent
Power Module~áÀºÜøh完全鉛ľœs化Â望ôĂÜ
ºāg
セラミックス 銅回路
銅ベース
②絶縁基板−銅ベース間はんだ接合部
富士電機Ýå 2005 年 4 月Áÿh信頼性á優ĂÕ RoHS
対応}完全鉛ľœs~IGBT ŋġŎsŔä供給Ĉ開始ÍÜ
ºāgÉä結果 2005 年度ä IGBT ŋġŎsŔáÀÇā年
実施ÍÕg
間鉛使用量Ĉ前年比Ý約 1.5 ıŜ削減Íh2006 年度ÝåË
ÿá 1 ıŜä削減Ĉ見込ĉݺāg
絶縁基板−銅ベース間接合部はんだ鉛フリー化
本稿ÝåhRoHS 対応 IGBT ŋġŎsŔhIPM 製品áÀ
絶縁基板−銅łsĢ間接合部åĉÖä鉛ľœs化ä検討
Çā鉛ľœs対応技術Þ製品系列áÚºÜ紹介Ïāg
áÀºÜh一般的à SnAg åĉÖhÀþé SnAgIn åĉÖ
IGBT モジュール・IPM における鉛フリー化対
Ĉ選é検討Ĉ実施ÍÕg
温度ĞčĘŔ試験
（ 1）
応箇所
各種åĉÖĈ用ºÕ場合áÀÇā温度ĞčĘŔ試験結果
IGBT ŋġŎsŔjIPM áÀÇā鉛使用箇所å主ÞÍÜ
Ĉ図 2 á示Ïg一般的à SnAg åĉÖĈ用ºÕ場合h温度
åĉÖ材ݸāg鉛ľœsåĉÖ材Ĉ用ºā¼¾Ýä主à
ĞčĘŔ試験 300 ĞčĘŔÝ約 30 % äĘŒĬĘÂ発生Í
技術検討課題åh①åĉÖ材変更áþā信頼性確保h②鉛
ܺāäá対Íh新規開発ÍÕ SnAgIn åĉÖåhñÞĉ
ľœsåĉÖ材Ĉ用ºāÉÞáþā実装温度ä高温化hÂ
ßĘŒĬĘÂ発生ÍÜÀÿÐ従来ä鉛入ĀåĉÖÞñò同
挙ÈÿĂāg実装温度ä高温化á対ÍÜåh使用部材変更
等ä信頼性Ĉ持ÚÉÞÂ分Áāg
áþā耐熱温度高温化h実装装置変更áþĀ対応Íܺāg
SnAgIn åĉÖ材Ĉ用ºÕ製品ä信頼性Â向上ÏāŊĔ
富士電機ä IGBT ŋġŎsŔhIPM ä構造模式図Ĉ図 1
ĴģʼnáÚºÜh破壊部微細組織観察hFEM}有限要素
á示ÏgåĉÖ材åh①ĪĬŀ−銅回路間接合部h②絶縁
法~解析Ĉ実施ÍhSnAg åĉÖÞ比較h検証Ĉ行ÙÕg
基板−銅łsĢ間接合部h③端子−銅回路間接合部hä 3
図 3 áh温度ĞčĘŔ試験時áÀÇā IGBT ŋġŎsŔ
Á所á用ºÿĂܺāg①áÀºÜåhÏÝá 1998 年Á
下åĉÖ材á発生Íܺā応力èÐõ分布解析結果Ĉ示Ïg
ÿ鉛ľœsåĉÖĈ適用ÍhĺŘsĞčĘŔ耐量ä向上á
Éä図Ýåh最大èÐõå絶縁基板裏面銅回路ÞåĉÖ層
成功Íܺāg今回å②Þ③áÚºÜ鉛ľœs化ä開発Ĉ
ä界面付近á発生Íܺāg
図 4 áh温度ĞčĘŔ試験後ä破壊面 SEM}走査電子
注RoHSk電気電子機器á含ôĂā特定有害物質ä使用制限
顕微鏡~観察結果Ĉ示ÏgSnAg åĉÖ材å絶縁基板裏面
西村 芳孝
西澤 龍男
望月 英司
ĺŘs半導体ä構造設計j開発á
ĺŘs半導体ä組立技術開発á従
半導体ĺĬĚsġäĜċ技術開発
従事g現在h富士電機İĹčĢį
事g現在h富士電機İĹčĢįĘ
á従事g現在h富士電機İĹčĢ
ĘķŖġs株式会社半導体事業本
ķŖġs株式会社半導体事業本部
įĘķŖġs株式会社半導体事業
部基盤技術統括部ċĤŜĿœ開発
基盤技術統括部ċĤŜĿœ開発部g
本部基盤技術統括部ċĤŜĿœ開
部g電気学会会員g
đŕĘıŖĴĘĢ実装学会会員g
発部ŇĶsġŌsgđŕĘıŖĴ
ĘĢ実装学会会員g
（ 22 ）
富士時報 6OL.O
図
完全鉛フリー IGBT モジュール・IPM
各種はんだ材の温度サイクル試験結果
SnAgln
SnAg はんだおよび SnAgIn はんだ引張試験結果
SnPb
70
応力（MPa）
60
100サイクル
特 集
SnAg
初期
図
SnAgIn
50
40
SnAg
30
20
10
0
300サイクル
0
0.5
1.0
ひずみ（％）
1.5
2.0
クラック
引張強度試験
（ 2）
図 5 á SnAg åĉÖÞ SnAgIn åĉÖáÚºÜĹŔĘ
図
絶縁基板−銅ベース間接合部はんだひずみ分布（FEM 解
析結果）
材ä引張強度試験結果Ĉ示ÏgSnAgIn åĉÖäĹŔĘ
材引張強度å SnAg åĉÖä約 1.5 倍ä強度Ĉ有Íܺāg
SnAg åĉÖåh温度ĞčĘŔ試験Â進öáÚĂ粒子ä粗
大Â観察ËĂÕg一般的á粒子ä粗大化áþĀ強度å低下
Ïāg
以上ä結果ÁÿhSnAgIn åĉÖå In Ĉ添加ÏāÉÞ
áþĀh① SnAg 合金層ä生成Ĉ抑制Í合金界面破壊Á
絶縁基板セラミック部
ÿåĉÖ材ĹŔĘ破壊á変化Ïāh②ĹŔĘ強度Â約 1.5
倍á向上Ïāh③温度ĞčĘŔ試験時á粒子Â粗大化Íà
ºhÉÞº¾hÉĂÂ温度ĞčĘŔ試験耐量ä向上要因
銅はくとはんだ層の
界面に最大ひずみ発生
裏面銅はく
Þ考¾ÿĂāg
はんだ層
端子−絶縁基板間接合部はんだ鉛フリー化
銅ベース
端子−絶縁基板間接合部áÚºÜhSnAgh従来ä SnPb
åĉÖÞä比較h検討Ĉ実施ÍÕg
図
SnAg，SnAgIn はんだ温度サイクル後破断面 SEM 観察
結果
温度ĞčĘŔ試験
（ 1）
300 ĞčĘŔä温度ĞčĘŔ試験Áÿ得ÿĂÕåĉÖ材
ä断面観察ä結果ÁÿhSnAghSnPb 両åĉÖÞøáĘ
SnAgはんだ
×1,000
ŒĬĘä発生å見ÿĂàºgÉä結果Áÿh温度ĞčĘŔ
DBD
DCB基板裏面
銅はく
CuSn合金
クラック
試験時áÀÇāh端子部á発生Ïā応力èÐõ計算Ĉ実施
Íh一般的à SnAg åĉÖä温度ĞčĘŔ試験寿命Â高
ºÉÞáÚºÜ考察Ĉ行ÙÕg図 6 áÉä計算結果Ĉ示Ïg
前述ä絶縁基板−銅łsĢ間接合部Þ異àĀh端子−絶縁
SnAgInはんだ
SnAg合金
基板間接合部äåĉÖĹŔĘ層á最大èÐõÂ発生Íܺ
āÉÞÂ分ÁāgåĉÖĹŔĘ材á最大èÐõÂ発生ÍÜ
DCB基板裏面
銅はく
CuSn合金
ºāÉÞÁÿh端子部äåĉÖ寿命åhåĉÖĹŔĘ材ä
Coffin-Manson 則Ĉ用ºÕ熱疲労寿命Â推定可能Þ考¾ÿ
Ăāg
クラック
疲労寿命試験
（ 2）
åĉÖĹŔĘ材ä疲労寿命Ĉ把握ÏāÕ÷håĉÖĹ
ŔĘ材ä等温疲労試験Ĉ実施ÍÕ}試験条件k室温 25 ℃h
èÐõ速度 0.02 %/sh応力 25 % 低下時ĈĹŔĘ材ä寿命
銅回路近Åä SnAg Þ CuSn 合金ä界面áÜ破壊Íܺāg
ÞÍÕ~
g疲労寿命試験結果Ĉ図 7 á示ÏgÉĂåh各å
一方 SnAgIn åĉÖåhCuSn 合金層−SnAgIn 界面Ýà
ĉÖä非弾性èÐõ範囲áÀÇā初期ä応力á対Íh応力
ÅhSnAgIn åĉÖĹŔĘ層áÜ破壊ÍܺāÉÞáþĀh
 25 % 低下ÍÕÞÃä繰返ÍèÐõ回数}疲労寿命~Ĉ
明ÿÁá破壊形態ä違ºÂ¸āÉÞÂ分Áāg
示ÍÕøäݸāgôÕh図 6 ä結果Áÿ推定ËĂā端子
（ 23 ）
富士時報 6OL.O
図
完全鉛フリー IGBT モジュール・IPM
端子−絶縁基板間接合部はんだひずみ分布
（FEM 解析結果）
表
富士電機のRoHS対応製品系列
（a）IGBTモジュール RoHS対応製品
特 集
10 A 15 A 20 A 25 A 30 A 50 A
75 A 100 A 150 A 200 A 225 A 300 A 400 A 450 A
M712
（EP3）
M711（EP2）
600 V
M633
M717（Small Pack）
M636
M254
M633
1,200 V
M232
M233
M235
M717（Small Pack）
端子
（b）IPM RoHS対応製品
はんだ
DCB基板表銅はく
10 A 15 A 20 A 25 A 30 A 50 A
P617/P619
75 A 100 A 150 A 200 A 225 A 300 A 400 A 450 A
P610/P611
P622
（Econo-IPM）
600 V
図
はんだバルク材のひずみ−寿命曲線
P610，P611
P622
（Econo-IPM）
1,200 V
P619
疲労寿命試験結果
M233
M712
（EP3）
M711（EP2）
はんだ層に
最大ひずみ
発生
M232
M636
応力25 ％低下
非弾性ひずみ範囲 ε（％）
Δ in
101
SnAg
図
富士電機の IGBT モジュール・IPM パッケージ例
SnPb
100
M233
端子はんだ部発生ひずみ量
P622
10−1
10−2
101
M232
102
103
104
N f（サイクル）
疲労寿命 P610/P611
åĉÖ部ä発生èÐõ量Ĉ¸ąÑÜ示ÍܺāgSnPb å
M712
ĉÖÞ比較Í SnAg åĉÖå発生èÐõá対Í同等以上
P617/P619
ä寿命Ĉ持ÚÉÞÂ分Áāg
åĉÖĹŔĘ材äèÐõ−寿命曲線Áÿ IGBT ŋġŎs
ŔjIPM 構造áÀºÜ端子−絶縁基板間接合部á SnAg
現行ä鉛åĉÖ品Þ同等以上ä信頼性Ĉ有Íܺāg
åĉÖĈ用ºÕ場合hSnPb åĉÖÞ同等以上ä寿命Ĉ示
富士電機åhÉä技術Ĉ用ºÕ完全鉛ľœs IGBT ŋ
ÏÞ考¾ÿĂāgÉä結果å実機端子部ä温度ĞčĘŔ試
ġŎsŔjIPM Ĉ製品展開ÏāÉÞÝh地球環境ä保護
験結果Þ整合Íܺāg
á貢献Ïā所存ݸāg
以上ä結果ÁÿhSnAg åĉÖĈ端子−絶縁基板間接合
部ä鉛ľœsåĉÖ材ÞÍÜ選択Íh従来製品Þ同等以上
ä信頼性Ĉ実現ÍÕg
参考文献
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s.
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ÍÜ廃棄ËĂúϺ民生用製品á使用ËĂā低容量帯Áÿ
順次 RoHS 対応製品ä系列Ĉ拡大Íܺāg
2005-05-23 v 26. Santa Barbara, CA.
森 畑 智 雄 ñ ÁiSn3.5 mass%Ag 系 å ĉ Ö 合 金 ä Ę œ s
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西村芳孝ñÁi鉛ľœs IGBT ŋġŎsŔi富士時報i
（ 4）
vol.78, no.4, 2005, p.269-272.
富士時報 6OL.O
パッケージシミュレーション技術
特 集
繁田 文雄}ÍÈÕeëõÀ~
堀 元人}ñĀeøÞèÞ~
沖田 宗一}ÀÃÕeÓ¼º×~
IGBT ŋġŎsŔä小型化äÕ÷áåhĪĬŀä高集積
まえがき
化Â有効ÞàāÂh反面h課題ÞÍÜåĪĬŀ間ä相互熱
ĺŘsİĹčĢåh産業j民生j自動車àßËôÌôà
干渉áþāĪĬŀ温度ä上昇¸āg
分野Ý使用ËĂÜÀĀh富士電機ÝåÉĂÿä分野ä小容
ÍÕÂÙÜhÉäĪĬŀ間ä熱干渉áþā温度上昇Ĉ設
量h中容量Àþé大容量áąÕāŋġŎsŔ製品hİČĢ
計段階Ý十分把握Íh最適àĺĬĚsġ構造設計Ĉ行¼É
Ęœsı製品hIC 製品ä開発j設計j製造Ĉ行Ùܺāg
ÞÂ重要Þàāg
近年h特á市場áÀÇā上記äĺŘsİĹčĢä用途á
ôÕh高信頼化Ĉ実現Ïāá¸ÕĀhĻsıĞčĘŔ時
ÀºÜh製品ä小型化h高信頼化ä要求Â高ôÙܺāg
á IGBT ŋġŎsŔÂ受Çā熱変形Âh各接合部ä信頼性
ÉĂá伴ºh富士電機ÝåĪĬŀä高集積化技術hÀþé
á与¾ā影響Ĉ的確á予想ÍhĺĬĚsġ構造Ĉ設計Ïā
耐熱ĞčĘŔàßä高信頼化技術Ĉ確立ÏāÞÞøáhÓ
ÉÞø重要ݸāg
Ăÿä技術ä基盤ݸā熱j応力ĠňŎŕsĠŐŜ技術Ĉ
図 1 á IGBT ŋġŎsŔáÀÇā各種ä信頼性項目Ĉ示
駆使ÏāÉÞáþĀĺĬĚsġ設計ä効率化Ĉ図Ùܺāg
ÏgÉĂÿä信頼性項目ä検討手法ÞÍÜh富士電機Ýå
本 稿 Ý åh ĺ Ř s İ Ĺ č Ģ 製 品 ä 中 Ý 特 á IGBT
実機İsĨÞä整合性Þ顧客ä冷却体Þä連動Ĉ十分á考
}Insulated Gate Bipolar Transistor~ŋġŎsŔáÀÇā
慮ÍÕ熱j応力ĠňŎŕsĠŐŜĈ実施ÍÜÀĀhĺŘs
熱j応力ĠňŎŕsĠŐŜ技術áÚºÜ実例Ĉ挙ÈàÂÿ
İĹčĢä設計j信頼性評価期間ä短縮á活用Íܺāg
紹介Ïāg
ôÕh鉛ľœs対応äĺŘsİĹčĢä開発Àþé次世代
要素技術開発áø活用Íܺāg
IGBT モジュール構造設計における技術課題
IGBT モジュール構造設計への適用例
一般的à IGBT ŋġŎsŔä構造Ĉ 図 1 á示ÏgIGBT
.
ĪĬŀøÍÅå FWD}Free Wheeling Diode~ĪĬŀÝ
顧客の冷却体およびチップ間熱干渉を考慮したパッ
ケージ構造設計
発生ÍÕ熱åh絶縁基板h銅łsĢĈ通ÍÜ冷却体î移動
IGBT ŋġŎsŔä熱伝導解析
（ 1）
Íh外部á放熱ËĂāg
IGBT ŋġŎsŔáÀºÜhĪĬŀä高集積化áþĀh
図
集積部分äĚsĢ温度ä上昇Â予測ËĂāgÉä温度上昇
IGBT モジュールの構造と信頼性項目
Ĉ可能à限Ā低減ÏāÉÞÂh各接合部ä信頼性Ĉ向上Ë
チップ接合温度（ Tj ）
信頼性項目：
チップ下はんだ接合部
IGBT/FWDチップ
Ñā¼¾Ý重要ݸāg
銅はく
絶縁基板
信頼性項目：
基板下はんだ接合部
ĚsĢ温度上昇Ĉ低減ÏāÕ÷áåh以下ä方法¸āg
絶縁基板àßá対ÍÜh高熱伝導率ä材料Ĉ適用Ï
（a）
āg
銅はく
銅ベース
（b）
ĪĬŀ間隔Ĉ広ÈhĪĬŀ間ä熱干渉領域Ĉ低減Ë
Ñāg
冷却体
熱の伝導
IGBT ŋġŎsŔä搭載位置àßĈ考慮Íh冷却効
（c）
率Ĉ最適áÏā冷却体Ĉ設計Ïāg
ケース温度（ T c）
冷却ľĊŜä能力ä最適化Ĉ図āg
（d）
（b）
Þ
å主ÞÍÜİĹčĢŊsĔsh
Þ
å
従来åh
（a）
（c）
（d）
繁田 文雄
堀 元人
沖田 宗一
半導体İĹčĢä研究開発á従事g
IGBT ŋġŎsŔä構造設計j開
IGBT ŋġŎsŔjIPM ä開発j
現在h富士電機İĹčĢįĘķŖ
発á従事g富士電機ċIJĹŜĢı
設計á従事g現在h富士電機İĹ
ġs株式会社半導体事業本部基盤
įĘķŖġs株式会社ĠňŎŕs
čĢįĘķŖġs株式会社半導体
技術統括部ċĤŜĿœ開発部g
ĠŐŜ/熱解析技術部g日本伝熱
事業本部基盤技術統括部ċĤŜĿ
学会会員g
œ開発部Īsʼnœsĩsg
（ 25 ）
富士時報 6OL.O
パッケージシミュレーション技術
Áÿ
ôÝĈ顧
主ÞÍÜ顧客主体Ý行ÙÜÃÕg今回h
（a）
（d）
ĪĬŀ間隔Ĉ 4 mm 以上áÏāg
（a）
（b）
冷却体ä面積Ĉh200 × 150}mm~以上áÏāg
ôÕhĠňŎŕsĠŐŜáþāĚsĢ温度低減ä予想値
ňŎŕsĠŐŜÞ実機試験Ĉ実施ÍÕg
Âh実験Þ一致ÏāÁĈ確認ÏāÕ÷á実機試験Ĉ行ºh
ĠňŎŕsĠŐŜŋİŔj計算条件
（ 2）
図 3 á示Ïþ¼áhĠňŎŕsĠŐŜ結果Þ実験結果ÞÂ
図 2 á示Ïþ¼áhĪĬŀ間隔Ĉ 3 水準ÞÍÕĠňŎ
ñò整合ÍܺāÉÞĈ確認ÍÕg
ŕsĠŐŜŋİŔĈ作成ÍÕg
今回äĠňŎŕsĠŐŜáþÙÜhĚsĢ温度上昇Ĉ低
ĪĬŀ発熱äĠňŎŕsĠŐŜáÀºÜh精度äþº解
減ÏāÕ÷áåhĪĬŀ間隔Ĉ拡大Ïā方法Þh冷却体ä
析Ĉ行¼Õ÷áåh冷却体ä放熱能力Ĉ表Ï熱伝達率ä設
面積Ĉ拡大Ïā二Úä方法¸ĀhİĹčĢ側Þ適用側ä
定Â重要ݸĀhÉä値ĈĠňŎŕsĠŐŜÞ実機試験Þ
制約ä中Ýh最適à組合ÑĈ採択ÝÃāÉÞÂ分ÁÙÕg
ä比較áÀºÜhĚsĢ温度Â整合Ïāþ¼á設定ÍÕg
Óä結果hIGBT ŋġŎsŔä構造検討äõàÿÐhÉ
ŋİŔá実機運転状態Þ同等ä損失Ĉ与¾h定常条件ä
ĂôÝ顧客主体Ý行ÙÜÃÕ冷却体設計ä分野ôÝh考察
計算Ĉ行ÙÕg
範囲Ĉ広ÈāÉÞÂÝÃÕg
ĪĬŀ損失k1 ĪĬŀ¸ÕĀ 21 W
g
g
熱伝達率k420 W/m2K
.
ĠňŎŕsĠŐŜ結果
（ 3）
高信頼性 IGBT モジュールのパッケージ構造設計
IGBT ŋġŎsŔä応力jèÐõ解析
（ 1）
図 3 þĀhĪĬŀ間隔Ĉ 2 mm Áÿ 4 mm áÏāÞĚs
ĸčĿœĬIJ車搭載用ä IGBT ŋġŎsŔá関ÍÜåh
Ģä温度上昇幅Â 12.3 ℃低減ÏāÂh4 mm Áÿ 6 mm á
đŜġŜŔsʼn内á素子Â設置ËĂāÕ÷h耐熱ĞčĘŔ
ÍÕ場合 5.2 ℃ä低減ÞàĀh4 mm Ĉ超¾āÞhĪĬŀ
ä長寿命化Ĉ実現Ïā必要¸ĀhÓä要求寿命ÞÍÜåh
間隔Â温度上昇幅ä低減á与¾ā効果Â少àÅàāÉÞÂ
一般産業用途á比ïÜh約 1 ÇÕ高ºŕłŔä熱ĞčĘŔ
分Áāg
寿命Â求÷ÿĂܺāgÉä要求寿命Ĉ満足ËÑāÕ÷á
ôÕh 図 4 ä温度分布図á示Ïþ¼áhĪĬŀ間隔Ĉ
åhIGBT ŋġŎsŔä各構成部品áÀÇā長寿命化技術
4 mm ÞÍh冷却体ä面積Ĉ 200 × 150}mm~á拡大Ï
ä確立Â必要ݸāg
āÉÞáþĀ冷却体î熱Â十分広ÂĀhĚsĢä温度上昇
àÀhIGBT ŋġŎsŔä構造áÀºÜh絶縁基板Þ銅
幅ÂþĀ効果的á低減ÍܺāÉÞÂ分Áāg
łsĢä接合åĉÖ部ä耐熱ĞčĘŔ性Â最ø厳ͺÉÞ
上記ä結果Áÿ以下ä手法Â効果的ݸāÉÞÂ分ÁÙ
Â分ÁÙÜÀĀhÉä接合部ä信頼性Ĉ向上ËÑāÕ÷áh
Õg
以下áÚºÜ最適形状ä検討hÀþé熱ĞčĘŔ試験ä信
図
絶縁基板ä外形Ĝsijs部ä面取Ā寸法
（a）
頼性ä検証Ĉ行ÙÕg
チップを高集積化した IGBT モジュールの解析モデル
銅ベース
チップ
図
絶縁基板
チップを高集積化した IGBT モジュールの温度分布図
冷却体
対称面
拡大部分
拡大部分
熱伝達率
チップ間隔 2 mm，4 mm，6 mm
高
高
温
度
温
度
低
低
チップ間隔 2 mm
フィン＝200×100（mm）
図
チップ間隔 4 mm
フィン＝200×150（mm）
チップ間隔と温度変化
90
図
ΔT c の低減：フィン＝200×100（mm）
85
高信頼性 IGBT モジュールの解析モデル
絶縁基板の銅はくの厚さ
0.25 mm，0.4 mm，
0.5 mm，0.6 mm
80
ΔT（deg）
特 集
客Þ協力ÍÜhĠsʼnŕĢá検討Ĉ行ºhIGBT ŋġŎs
ŔäĪĬŀ間隔hÀþé冷却条件Ĉ最適áÏāÕ÷áhĠ
75
IGBTチップ
対称面
70
FWDチップ
実験値：ΔT c の低減：フィン＝200×150（mm）
65
60
55
50
ΔT c の低減：フィン＝200×150（mm）
1
2
3
4
チップ間隔（mm）
（ 26 ）
5
6
7
対称面
銅ベース
絶縁基板
拡大部分
拡大部分
面取り寸法
0 mm，1 mm，2 mm，7.5 mm，10 mm
富士時報 6OL.O
図
パッケージシミュレーション技術
絶縁基板面取り寸法とひずみ
図
熱サイクル試験後の絶縁基板下はんだの超音波写真
特 集
1.4
信頼性とチップ接合面積を両立させる範囲
1.2
ひずみ（％）
ひずみ
1.0
0.8
0.6
0.4
500サイクル
1,000サイクル
2,000サイクル
3,000サイクル
0.2
0
0
2
4
6
8
10
12
絶縁基板面取り寸法（mm）
図
絶縁基板の銅はくの厚さとひずみ
1.4
信頼性と熱広がりを
向上させる範囲
ひずみ（％）
1.2
次áhIGBT ŋġŎsŔä熱ĞčĘŔ試験Ĉ実施Íh熱
1.0
ĞčĘŔ試験ä各ĞčĘŔ数h500 ĞčĘŔh1,000 Ğč
ひずみ
ĘŔh2,000 ĞčĘŔhÀþé判定基準ä 3,000 ĞčĘŔ
0.8
áÀºÜåĉÖ接合部Ĉ観察ÍÕÞÉăh 図 8 á示Ïþ
0.6
0.4
0.2
¼áh3,000 ĞčĘŔáÀºÜøĘŒĬĘä成長å少àÅh
十分à信頼性Â確保ËĂܺāÉÞĈ確認ÍÕg
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
絶縁基板の銅はくの厚さ（mm）
今後ËÿáhåĉÖÞ接合材Þä界面破壊håĉÖ材ä
ĹŔĘ破壊ÞºÙÕhåĉÖä破壊形態á適合ÍÕ疲労寿
命予測技術ä開発àßáþĀhĠňŎŕsĠŐŜäËÿà
（b）
絶縁基板Ĉ構成Ïā銅åÅä厚Ë
ā精度向上Ĉ図Āh信頼性予測á適用ÍܺÅ考¾Ý¸āg
ĠňŎŕsĠŐŜŋİŔj計算条件
（ 2）
図 5 á示Ïþ¼á面取Ā寸法Ĉ 5 水準h銅åÅä厚ËĈ
あとがき
4 水準ÞÍÕĠňŎŕsĠŐŜŋİŔĈ作成Íh− 40 v
＋ 105 ℃Þº¼熱ĞčĘŔ条件ĈŋİŔá与¾Ü計算Ĉ
熱j応力ĠňŎŕsĠŐŜ技術äĺŘsİĹčĢäĺĬ
行ÙÕg
Ěsġ構造設計îä適用ä事例Ĉ述ïāÞÞøáh熱j応
ĠňŎŕsĠŐŜ結果
（ 3）
力ĠňŎŕsĠŐŜºÁá現在äĺĬĚsġ設計á重要
図 6 Áÿh面取Ā寸法Ĉ 2 mm 以上áÏāÞèÐõÂ大
ݸāÁĈ示ÍÕg
ÃÅ低減ÏāÉÞÂ分Áāg面取Ā形状Ĉ設計Ïā場合h
熱j応力ĠňŎŕsĠŐŜ技術áÀºÜåhĠňŎŕs
（ 1）
相反ÏāĪĬŀ接合面積ä減少Ĉ考慮Ïā必要¸āgô
ĠŐŜ技術ä高度化ÞhĺŘsİĹčĢ製品ä設計時間ä
Õ図 7 á示Ïþ¼á銅åÅĈ厚ÅÏāÉÞáþĀhèÐõ
短縮Þº¼大Ãà流Ăä中ÝhİĹčĢ側Þ適用側ä連携
Âñò線形á低減ÏāÉÞÂ分Áāg
Â今後Ëÿá欠ÁÑàºøäáàāg
銅åÅä厚ËĈ 0.4 mm 以上áÏāÞĪĬŀä熱広ÂĀ
Éäþ¼à中h短期間Ý精度äþºĠňŎŕsĠŐŜÂ
（ 2（
）3）
Â改善ËĂh熱的á有効ݸāÉÞÂ報告ËĂÜÀĀh熱
実行ÝÃā技術ä蓄積Ĉ行ºhĠňŎŕsĠŐŜ結果ä製
抵抗Þ発生èÐõä低減Ĉ考慮ÍÕ場合h銅åÅä厚Ëå
品設計îä反映ĈþĀ強化ÍܺÅ所存ݸāg
0.4 mm 以上Â適切ݸāÞ考¾ÿĂāgÉä場合ø銅å
Åä厚ËĈ 0.7 mm 以上áÏāÞhĤŒňĬĘĢÞä接合
性ä強度Â低下ÏāÞº¼ÉÞÂ分ÁÙÜÀĀh設計á関
参考文献
両角朗ñÁi電気自動車用高信頼ĺŘsŋġŎsŔ技術i
（ 1）
（ 3）
ÍÜå注意Â必要Þàāg
富士時報ivol.76, no.10, 2003, p.630-633.
以上äĠňŎŕsĠŐŜ結果Ĉ設計á取Ā入ĂÕ高信頼
Nishimura, Y. et al. New generation metal base free
（ 2）
性 IGBT ŋġŎsŔáÀºÜhåĉÖ接合部ä信頼性áÚ
IGBT module structure with low thermal resistance. ISPSD
ºÜ実機試験áþĀ検証ÍÕg
åÎ÷áh接合部á発生ÏāèÐõĈĠňŎŕsĠŐŜ
áþÙÜ求÷håĉÖ接合部ä熱ĞčĘŔ試験ä信頼性åh
2004.
Nishimura, Y. et al. All lead free IGBT module with
（ 3）
excellent reliability. ISPSD 2005.
3,500 ĞčĘŔݸāÞ推定ÍÕg
（ 27 ）
富士時報 6OL.O
自動車用燃料タンク漏れ検出用圧力センサ
特 集
植松 克之}¼¾ôÚeÁÚüÃ~
篠田 茂}ÍäÖeÍÈā~
栗又 正次郎}ÅĀôÕeÍý¼Îă¼~
àß~Ĉ搭載ÏāÕ÷ä回路基板àßä部品Â多ºgËÿ
まえがき
áåÉĂÿä部品間ä電気的接続部分Â多ºÕ÷h故障確
自動車ä安全性Ĉ一段Þ高÷ā動øā中h米国市場
率Â高ÅàāÞºÙÕ問題点Â挙ÈÿĂāg
á代表ËĂā OBD}On Board Diagnostic system~規制
今回開発ÍÕĨŜĘ圧ĤŜĞåh従来äŘŜĪĬŀ技術
áþĀh燃料ĨŜĘĠĢįʼnäĕĦœŜ蒸気漏Ă検出ä義
äŊœĬıĈ最大限á生ÁÍÜ小型j高信頼性ä製品
務ÛÇÂ広ÂĀĈ見ÑÜÃܺāgĕĦœŜ蒸気ä漏ĂĈ
ĈĨsěĬıÞÍh以下ä基本ĜŜĤŀıĈ基á開発ÍÕg
検出ÏāÕ÷áåh燃料ĨŜĘ内ä数 kPa ä圧力変化Ĉ
{All in one chip| áþāŘŜĪĬŀ構成
（ 1）
ŋĴĨÏā圧力ĤŜĞÂ必要Þàāg
富士電機ä標準ĤŔĺĬĚsġáþā小型化
（ 2）
富士電機åÉĂÿä市場Ĵsģá対応ÏāÕ÷h2002
h
Ĉ最大限á生ÁÍÕ世界最小äŘŜĪĬŀ製品
（ 1）
（ 3）
（ 2）
年 Á ÿ 量 産 中 ä CMOS}Complementary Metal-OxideSemiconductor~ŀŖĤĢáþāİġĨŔıœňŜę型自
Ĉ実現
低圧ĤŜĞÞ同一生産ŒčŜÝä製造áþā低ĜĢı
（ 4）
動車用圧力ĤŜĞä技術Ĉ用ºÜh世界最小EMI}Electromagnetic Interference~対応ŘŜĪĬŀĨčŀh2006
化
独自äĩčċľŒʼn加工技術áþā高感度j高耐圧性
（ 5）
ä確保
年 5 月末現在当社調ïä自動車用燃料ĨŜĘ漏Ă検出用
圧力ĤŜĞ}ĨŜĘ圧ĤŜĞ~Ĉ開発ÍÕg
本稿Ýåh今回開発ÍÕĨŜĘ圧ĤŜĞ}相対圧用途h
製品構成
ěsġ圧用途~Ĉ紹介Ïāg
図 2 á今回開発ÍÕĨŜĘ圧ĤŜĞä検出体ŏĴĬıä
概要Ĉ示ÏgĩčċľŒʼn上á IC ŀŖĤĢÞ同時á拡散
富士電機のタンク圧センサの特徴
配線Áÿ成āĽđħ抵抗Ĉ形成Íh四ÚäĽđħ抵抗Ýń
図 1 á今回開発ÍÕĨŜĘ圧ĤŜĞĤŔĈ示Ïg従来
čsıĢıŜĿœĬġĈ構成ÍܺāgôÕhĩčċľŒ
äĤŜĞåh圧力検出素子ä特性Ĉ調整Ïā回路hEMC
ʼnå富士電機独自ä三次元đĬĪŜę技術áþĀ高精度Á
}Electromagnetic Compatibility~対策用ä SMD}Surface
Ú丸õä¸āĩčċľŒʼnĈ形成Íh高感度j高耐圧性Ĉ
Mounted Device~部品}ĪĬŀĜŜİŜĞúĪĬŀ抵抗
確保Íܺāg
図
圧ĤŜĞ}100 v 400 kPa~ä技術ĈĨŜĘ圧用} ＋
−6v
信号処理回路å 2002 年度á開発Í量産化ËĂܺā低
（ 1（
）2）
タンク圧センサセル
図
タンク圧センサの検出体ユニット
増幅回路・調整回路
ダイアフラム（ピエゾ抵抗）
ガラス台座
EMC保護素子
植松 克之
栗又 正次郎
圧力ĤŜĞä研究開発á従事g現
圧力ĤŜĞä研究開発á従事g現
圧力ĤŜĞä研究開発á従事g現
在h富士電機İĹčĢįĘķŖ
在h富士電機İĹčĢįĘķŖ
在h富士電機İĹčĢįĘķŖ
ġs株式会社半導体事業本部自動
ġs株式会社半導体事業本部自動
ġs株式会社半導体事業本部自動
車電装事業部電装開発部Īsʼn
車電装事業部電装開発部g
車電装事業部電装開発部g
œsĩsg電気学会会員g
（ 28 ）
篠田 茂
圧力媒体導入孔
〈チップ断面図〉
富士時報 6OL.O
自動車用燃料タンク漏れ検出用圧力センサ
＋
− 10 kPa~á応用j調整ÍÕøäÝhńčsıĢıŜĿ
œĬġÁÿ出力Ïā電圧信号Ĉ増幅Ïā高精度増幅器Þh
タンク圧センサチップの設計と評価結果
動車äđŜġŜ制御系Áÿ発生ÏāĞsġúċĤŜĿœ
.
特 集
ĤŜĞ特性Ĉ補正Ïā調整回路Ĉ形成ÍܺāgôÕh自
信号処理回路部の高感度設計と高精度化
工程内Ýä静電気hËÿáå外部Áÿä電磁波àßÁÿh
ĨŜĘ圧ĤŜĞä高感度設計áÚºÜ述ïāg図 4 á圧
CMOS Ý形成ËĂÕ内部回路Ĉ保護ÏāÕ÷ä保護素子
力ĤŜĞä回路ĿŖĬĘ図Ĉ示Ïg
øÏïÜŘŜĪĬŀ上á備¾Üºāg
基本的à回路構成å低圧ĤŜĞÞ同ÎݸāÂhĤŜĞ
Ëÿáh相対的à圧力ôÕå大気圧á対Ïāěsġ圧Ĉ
部äńčsıĢıŜĿœĬġÁÿ出力ËĂā電圧信号Ĉ増
測定ÏāÕ÷áhĤŜĞŏĴĬıäĕŒĢ台座ÀþéĺĬ
幅Ïā増幅器ä増幅度Ĉ上ÈāÉÞÝh高感度化Ĉ図āÞ
Ěsġ裏面á圧力導入孔Ĉ形成ÍhĺĬĚsġÀþé接合
Þøáh増幅器ä直線性Ĉ改善ÏāÉÞáþĀ高精度化Ĉ
層Áÿä応力Ĉ緩和ÏāÕ÷ä台座ĕŒĢĈ静電接合ŀŖ
g
実現ÍÕ}図 5~
ĤĢáþÙÜ接合ÍÜh信頼性ä高º気密性Ĉ確保ÍÕg
ĨŜĘ圧用ĤŜĞä感度å 200 v 300 mV/kPa ݸĀh
低圧ĤŜĞä 10 v 40 mV/kPa á対ÍÜÀÀöã 10 倍ä
.
ダイアフラムの高感度設計と耐圧設計
ĤŜĞä感度Ĉ決÷ā要因ÞÍÜhĩčċľŒʼnä厚Ë
高感度ݸāg
Þ直径Â挙ÈÿĂāg
今回開発ÍÕĨŜĘ圧ĤŜĞ用äĪĬŀ設計áÀºÜåh
ĨŜĘ圧ĤŜĞÝå FEM}有限要素法~解析á基Û
増幅回路ä増幅度ċĬŀÞ高精度化
（ 1）
ÃhĩčċľŒʼnä厚ËÞ直径ä最適化Ĉ行ÙÕg図 6 á
ĩčċľŒʼnä高感度化Þ耐圧設計最適化
（ 2）
FEM 解析ŋİŔh図 7 á FEM 解析結果Ĉ示Ïg
Ĉ図ÙÕg
ôÕh図 3 á示ÏÞÀĀ低圧ĤŜĞÝ使用Íܺā富士
図
増幅器の直線性改善による高精度化
電機ä標準ĺĬĚsġÞ同Î外形寸法Ýh相対圧用á圧力
出力誤差（％F.S.）
導入孔Ĉ設ÇÕĺĬĚsġĈ用ºāÉÞáþĀh小型ÁÚ
同一生産ŒčŜ製造áþā低ĜĢıäĨŜĘ圧ĤŜĞĈ実
現ÍÕg
図
タンク圧センサセルと低圧センサセルの構造断面図
ダイアフラム
圧力 P 1
センサチップ
−0
−0.2
−0.4
−0.6
−0.8
−1.0
−1.2
−1.4
−1.6
−1.8
−2.0
−7 −6 −5 −4 −3 −2 −1 0
−0.40 ％F.S.
1
2
3
4
5
6
7
圧力 （kPa・Gauge）
P
出力誤差（％F.S.）
（a）タンク圧用高精度増幅器
穴あきガラス
検出圧力 ΔP ＝ P 1 - P 2
（相対圧）
圧力 P 2
（a）タンク圧センサセル
ダイアフラム
圧力 P
センサチップ
−0
−0.2
−0.4
−0.6
−0.8
−1.0
−1.2
−1.4
−1.6
−1.8
−2.0
−7 −6 −5 −4 −3 −2 −1 0
−0.65 ％F.S.
1
2
3
4
5
6
7
圧力 （kPa・Gauge）
P
（b）従来増幅器
真空基準室
ガラス
検出圧力 P（絶対圧）
図
（b）低圧センサセル
ダイアフラム最適化（FEM 解析モデル）
t（ m）
図
チップ裏面加圧
圧力センサの回路ブロック図
φ（mm）
トリミング
回路部
温度検出部
DAC部
感度・零点
感度調整
回路
EMC
遮断回路
VCC
センサ部
増幅回路
VOUT
t（ m）
GND
φ（mm）
− P（kPa）
＋ P（kPa）
DAC部
温度検出
感度温度特性
零点温度特性
零点調整
回路
チップ表面加圧
（ 29 ）
富士時報 6OL.O
図
自動車用燃料タンク漏れ検出用圧力センサ
ダイアフラム最適化（FEM 解析結果）
.
特 集
0.10
φ1（100 ％）
φ2（110 ％）
φ3（120 ％）
0.08
感度（σ/kPa）
耐圧試験結果
耐圧åĩčċľŒʼnä厚Ëá依存Íh厚ËÂ薄ºñß破
0.06
壊強度Â低下ÏāgÓÉÝhĨŜĘ圧仕様áÀÇā最ø
厚Ëä薄ºĩčċľŒʼnäĞŜŀŔáÚºÜh耐圧試験Ĉ
実施ÍÕgÓä結果h表面加圧h裏面加圧Þøá使用圧力
感度調整可能範囲
6.6 kPa ä約 75 倍á相当Ïā 500 kPa Ĉ印加ÍÜøhĩč
0.04
ċľŒʼn部ÀþéŏĴĬı接着部Â破壊ÍàºÉÞĈ確認
ÍÕg
0.02
.
0
t ＝120 ％
圧力−出力特性
図 8 á＋
− 6.6 kPa 仕様äĨŜĘ圧ĤŜĞĤŔä圧力−出
t ＝110 ％
力特性Ĉ示ÏgÉÉÝ圧力−出力特性åĩčċľŒʼnä
t ＝100 ％
厚ËÀþé回路ä調整áþÙÜ＋
− 6 v＋
− 10 kPa}相対圧~
ダイアフラム厚さ t（任意目盛）
ôÝäŕŜġá対応ÏāÉÞÂ可能ݸāg
図
圧力−出力特性
.
基本仕様
今回開発ÍÕĨŜĘ圧ĤŜĞĤŔä基本仕様Ĉ表１á示
Ïg
5,000
出力（mV）
4,000
.
パッケージオプション
3,000
最終製品ä形態ÞÍÜåh圧力ĤŜĞĤŔ単体Ýä実装
2,000
äñÁh圧力ĤŜĞĤŔáhċŀœĚsĠŐŜÊÞäŊĔ
ĴĔŔčŜĨľĐsĢ部品}ĺčŀĖŌĬŀhŇďŜı型
1,000
0
−10
ĸďġŜę~Ĉ組õ合ąÑāÉÞÝËôÌôà取付Ç方法
−5
0
5
10
á対応ÏāÉÞÂ可能ݸāg
圧力（kPa）
あとがき
表
タンク圧センサセルの基本仕様
項 目
単 位
今回紹介ÍÕ自動車用燃料ĨŜĘ漏Ă検出用圧力ĤŜĞ
仕 様
備 考
ĈåÎ÷h今後ä世界各国ä環境規制h安全規制á伴ºh
<1 min
ôÏôÏĨŜĘ圧ĤŜĞäĴsģÂ高ôā一方h要求ËĂ
絶対最大電圧
V
16.5
絶対最大圧力
kPa
60
ā精度h品質hÀþéĜĢıå厳ÍÅàāÉÞÂ予想ËĂ
保 存 温 度
℃
−40∼＋135
āg富士電機å常á世界äıĬŀŕłŔä技術開発ÞhÀ
使 用 温 度
℃
−30∼＋125
客様á喜æĂā製品開発Ĉ目指Ï所存ݸāg
使 用 圧 力
kPa
±6.66
出 力 範 囲
V
0.5∼4.5
※１
参考文献
上柳勝道ñÁiİČġĨŔıœňŜę型自動車用圧力ĤŜ
（ 1）
kΩ
PU300
PD100
V
<0.2
※２
V
>4.8
※２
シ ン ク 電 流
mA
1
ソ ー ス 電 流
mA
0.1
圧 力 誤 差
%F.S.
<3.0
温 度 誤 差
倍
<1.5
インタフェース
Ği富士時報ivol.74, no.10, 2001, p.581-583.
ダイアグ領域
EMC検証済規格
JASO D00-87 / CISPR 25
ISO 11452-2 / ISO 7637
※１：相対圧，フルスケール圧力は任意に変更可能
※２：VCC配線の断線，VOUT配線の断線を検知
（ 30 ）
上柳勝道ñÁi自動車用圧力ĤŜĞä製品開発i富士時報i
（ 2）
vol.76, no.10, 2003, p.616-618.
上柳勝道ñÁi自動車用圧力ĤŜĞä要素技術i富士時報i
（ 3）
vol.76, no.10, 2003, p.619-621.
富士時報 6OL.O
自動車用大電流 IPS
特 集
竹内 茂行}ÕǼ×eÍÈüÃ~
中澤 仁章}àÁÌąeô˸Ã~
西村 武義}áÍöÿeÕÇþÍ~
ĺŘsĢįċœŜę用 MOSFET}Metal-Oxide-Semicon-
まえがき
ductor Field-Effect Transistor~Ý採用Íܺā低 2onj
自動車電装業界Ýå環境
安全
快適ĈĖsŘs
! ıŕŜĪ技術Ĉ用ºÕ出力段ĺŘs MOSFET ĪĬŀÞh
IJÞÍh高度à車両制御技術h排ĕĢä低減Þ燃費向上ä
IPS Ý培ÙÜÃÕ自己分離回路技術Ĉ用ºÕ IC ĪĬŀĈh
Õ÷ä高度à燃焼技術àßä実現Â図ÿĂܺāgÉĂá
ĪĬŀēŜĪĬŀ組立技術áþĀ融合ËÑÕg限ÿĂÕ
伴ºh電子ĠĢįʼnÂ複雑化ÏāÉÞÝhECU}Electronic
ĪĬŀ搭載面積á対Íh図 2 äþ¼áıŕŜĪ MOSFET
Control Unit~ä大規模化á年々拍車ÂÁÁÙܺāgô
Ĉ最大ĞčģÝ搭載ÏāÉÞáþĀh目標ÞÍܺÕēŜ
ÕhECU 搭 載 Ģ Ń s Ģ ä 捻 出} ã ĉ Í û Ú ~ ä Õ ÷h
抵抗ä達成hÀþé高放熱処理Â可能à小型ĺĬĚsġ化
ECU ä温度環境å年々高温化Íܺāg以上ä背景Áÿh
gôÕhĪĬŀ
Ĉ達成ÍÕ}熱抵抗áÚºÜå図 3 参照~
ĠĢįʼnŊsĔsÝå ECU ä小型化j高温度環境Ýä信
ēŜĪĬŀä組立áå接着ľČŔʼn材Ĉ用ºāÉÞáþĀh
頼性ä向上Â切望ËĂܺāgECU ä小型化j信頼性ä
IC 回路部Ĉ MOSFET 上á精度þÅ搭載ÏāÉÞÂ可能
（ 1）
向上Ĉ実現ÏāÕ÷ä半導体İĹčĢÞÍÜhĺŘs半導
体ÞÓä周辺保護回路h状態検出j状態出力回路hIJŒč
図
F5052H の外形図
Ŀ回路àßĈ一体化ÍÕĢŇsıĺŘsİĹčĢÂ注目Ë
7.8
ĂhÓä適用Â着実á伸長Íܺāg
2.45
6.3
5.1
富士電機Ýå自動車ä電子化推進ä一環ÞÍÜhŊĔĴ
用可能à大電流 IPS}Intelligent Power Switch~ä開発
á取Ā組ĉÖgŋsĨ制御用大電流 IPS á要求ËĂā機
4.1
7.5
0.8
10.3
F5052H
Brake System~àßÝ使用Ïā高出力ŋsĨä制御á使
1.6
型式
ĔŔœŕsä半導体化Â進÷ÿĂܺā ABS}Anti-lock
ロット
番号
能å下記äÞÀĀݸāg
低ēŜ抵抗化
（ 1）
0.4
高放熱処理可能à小型ĺĬĚsġ
（ 2）
0.3
0.1
各種保護機能}ĹĬįœs逆接続時温度上昇抑制à
（ 3）
端子表面処理：鉛フリーはんだめっき
ß~
高誘導性負荷}高 L 負荷~đĶŔės耐量}ŋsĨ
（ 4）
ŖĬĘ時破壊防止h並列接続時đĶŔės分担可能~
図
F5052H のチップ写真
富士電機ÝåÉĂôÝ技術開発Ĉ進÷ÜÃÕĪĬŀēŜ
ĪĬŀ構造Ĉ採用ÏāÉÞÝh上記課題ĈÏïÜ達成Ï
ā製品ä開発á成功ÍÕg本稿Ýåh自動車用大電流 IPS
F5052HáÚºÜ紹介Ïāg
トレンチ
MOSFET
IC
低オン抵抗化と小型面実装パッケージの両立
今回目標ÞÏāēŜ抵抗 8 mΩ}4c ＝ 25 ℃h)out ＝ 40
A~Àþé小型ĺĬĚsġ}図 1 参照~Ĉ達成ÏāÕ÷áh
竹内 茂行
中澤 仁章
西村 武義
ĢŇsıĺŘsİĹčĢä開発j
ĢŇsıĺŘsİĹčĢä開発j
ĺŘs半導体素子ä開発j設計á
設計á従事g現在h富士電機İĹ
設計á従事g現在h富士電機İĹ
従事g現在h富士日立ĺŘsĤň
čĢįĘķŖġs株式会社半導体
čĢįĘķŖġs株式会社半導体
ĜŜĩĘĨ株式会社松本事業所開
事業本部自動車電装事業部電装開
事業本部自動車電装事業部電装開
発設計部g
発部g
発部g
（ 31 ）
富士時報 6OL.O
図
自動車用大電流 IPS
基板使用時の熱抵抗特性例
図
バッテリー逆接続時の温度上昇例
400
ボディダイオード
通電時温度上昇例
R th（ch-fin）
10
300
1
R th（ch-c）
0.1
0.01
0.001
チップ温度（℃）
熱抵抗 R th（℃/W）
特 集
100
200
バッテリー逆接続対策品
通電時温度上昇例
100
0.01
0.1
1
10
100
1,000
パルス幅 P w（s）
0
表
0
50
100
通電時間（s）
150
200
F5052Hの特性一覧表
定 格
項 目
50 A
素子ä負荷短絡状態Ĉ検出Ïā電流ĤŜĞh温度ĤŜĞ
許容電力損失
114 W（25 ℃）
ĈhMOSFET ĪĬŀ上á搭載ÏāÉÞáþĀhMOSFET
接合部温度
150 ℃
ä昇温á対Ïā高速応答性Ĉ実現Íh負荷短絡äþ¼à状
定
出 力 電 流
格
条 件
項 目
静止電源
電流
オン抵抗
特
性
スイッチ
ング時間
I cc（off）
態ÝøİĹčĢ破壊防止Â可能Þàā設計ÞÍܺāg
低電圧検出機能
（ 2）
max.50 A
25 ℃，40 A，16 V
max.8.0 mΩ
Ĉ考慮Íh厳冬期äĹĬįœs電圧低下時Ýø十分à通電
150 ℃，40 A，16 V
max.14.5 mΩ
能力Ĉ確保ÍhÓĂ以下äĹĬįœs電圧低下時áÀºÜ
t d（on）
max.0.6 ms
åh完全á出力ĈēľËÑā低電圧検出機能Ĉ搭載ÏāÉ
tr
max.0.6 ms
ÞáþĀh低電圧時ä不完全動作Â発生Íàº設計ÞÍÜ
max.1.0 ms
ºāg
R on
t d（off）
定常熱抵抗 R th（ch-c）
L負荷クランプ耐量
V cc =16 V
R = 0.25 Ω
max.0.6 ms
ĹĬįœs逆接続保護機能
（ 3）
1.1 ℃/Ｗ
今回ä F5052H Ýåh負荷čŜĽsĩŜĢÂ低ºÕ÷h
I out≦80 A，
Vcc =16 V， Tc =150 ℃
min.800 mJ
Ĺ Ĭ į œ s Ĉ 逆 接 続 Í Õ 場 合 áh 負 荷 経 由 出 力 段
min.96 A
生Ïā損失ÝhåĉÖ融点Ĉ超¾ÜÍô¼危険性¸ā
MOSFET äŅİČĩčēsIJá流Ăā大電流áþÙÜ発
Vcc =16 V
（負荷ショート）
過 熱 検 出 機 能
検出 min.155 ℃，復帰 min.150 ℃
低電圧検出機能
検出 min. 4.0 V，復帰 max.6.0 V
項 目
本製品åĹĬįœs VCC 端子á直接接続ËĂāÉÞ
−
過電流検出機能
（負 荷 短 絡 保 護）
温度サイクル試験
信
頼
性
規 格
V cc =16 V，110 ℃
tf
保
護
機
能
負荷短絡保護機能}過電流検出機能h過熱検出機能~
（ 1）
6.0∼16.0 V
動作電源電圧
g
}図 4 参照~
F5052H ÝåhĹĬįœs逆接続時áåhGND 端子経
条 件
結 果
由Ý出力段 MOSFET ěsıá電圧Ĉ供給ÏāÉÞÝh同
−55∼＋150 ℃
>1,000 サイクル
MOSFET ĈēŜËÑāĹĬįœs逆接続保護方式Ĉ採用
>96時間
ÍÕgŅİČĩčēsIJá電流Â流Ăā場合þĀø圧倒
高温高湿バイアス試験
85 ℃，85 ％，16 V
>1,000時間
的á損失Â低ºıŕŜĪ MOSFET á通電ËÑāÉÞÝh
パワーサイクル試験
ΔT j ＝100 ℃
>10,000 サイクル
ĹĬįœs逆接続時á生Îā発生損失áþāİĹčĢä破
プレッシャクッカ試験 121 ℃，2.0×105Pa
壊防止Ĉ可能ÞÍÕg
ÞàĀh目標ÞÏā保証項目ÏïÜĈ達成ÏāÉÞÂÝÃ
高 L 負荷エネルギー耐量への取組み
Õg
ŋsĨ制御用途Ý使用Ïā半導体ĢčĬĪä課題ÞÍÜh
各種保護機能
電流遮断時á発生Ïā過大à誘導性負荷}L 負荷~đĶŔ
ėsä処理¸āgŋsĨŖĬĘ発生時Ýø素子Â破壊Í
F5052H ä特性一覧Ĉ表１á示Ïg今回åŋsĨ制御Ý
àº設計Â必要ݸĀh車両Â重º車種ÝåhŋsĨø高
使用ÍܺāŊĔĴĔŔœŕsä半導体化ĈĨsěĬıÞ
出力ÞàāÕ÷hŋsĨŖĬĘ時ä逆起電力å 1 J 以上Þ
Ïā仕様内容ÞÍÕg高信頼性ä実現Àþé ECU 側Ýä
非常á大ÃÅàāg
冗長設計Ĉ最低限áÏāÕ÷áh下記ä保護機能Ĉ搭載Í
F5052H Ýå冗長設計äÕ÷h一Úä負荷Ĉ並列駆動Í
ܺāg
ܺÕ素子Â故障Íh残Āä素子Ý駆動Ïāþ¼à状況á
（ 32 ）
富士時報 6OL.O
図
自動車用大電流 IPS
L 負荷遮断動作
図
F5052H設計
クランプダイオード
耐圧＝40 V
特 集
従来設計
並列接続時の L 負荷電流遮断波形例
ドレイン−ソース間電圧波形
追加 IC回路により
ソース電圧をモニタ
D
素子1電流波形
D
素子2電流波形
G
G
S
IC
S
出力電流
双方のデバイスでL負荷
遮断時のエネルギーを
処理する。
出力電流
バッテリー電圧
＋7 V＝20 V
40 V
ドレイン−
ソース間電圧
ドレイン−
ソース間電圧
図
F5052H の外観
遮断時のエネルギーを長時間で処理
するため，瞬間的な発熱が低下
図
ドレイン−ソース間電圧と L 負荷遮断エネルギー耐量
I out ＝80 A遮断，T c ＝150 ℃
L負荷遮断エネルギー耐量（mJ）
2,000
1,800
回路追加によりドレイン−ソース間
耐圧はL負荷遮断時のみ20 Vとなり，
目標破壊耐量を達成
1,600
1,400
1,200
1,000
目標破壊耐量
800
600
能ݸāgL 負荷遮断時áåIJŕčŜ−ĦsĢ間äĘŒŜ
400
回路未搭載
L負荷動作時のドレイン−ソース間耐圧：40 V
200
0
10
20
30
40
50
60
L負荷遮断時ドレイン−ソース間電圧（V）
ŀ電圧å約 20 V ÞàāÕ÷h 図 6 äþ¼á 1 素子単独ä
L 負荷đĶŔės耐量å 1,200 mJ Ĉ有Ïāg
F5052H Ĉ並列接続Ý動作ËÑÕ際åhĦsĢ電圧Â負
電圧áàÙÕ際á並列接続ÍܺāÏïÜäİĹčĢÂÓ
ä電圧Ĉ検出ÏāÕ÷hÏïÜä素子Ý L 負荷đĶŔės
ÀºÜø破壊ÍàºÕ÷ä設計Ĉ施ÍÕgÓä結果h高出
g小型ĺĬĚs
処理Ĉ行¼ÉÞÂ可能ݸā}図 7 参照~
力ŋsĨĈ素子並列接続Ý駆動Ïā際åh電流遮断時ä L
ġݸĀàÂÿh高 L 負荷đĶŔės耐量ä確保Â可能
負荷đĶŔėsĈÏïÜäİĹčĢÝ処理ÍhÁÚ 1 素子
ݸĀh目的ÞÏāŋsĨ制御用ÞÍÜ十分à耐量確保Ĉ
ÝđĶŔės処理Ïā場合Ýøh高 L 負荷đĶŔės処理
実現ÝÃÕg
Â可能Þàā新規設計Ĉ採用ÍÕg
従 来 ä L 負 荷 đ Ķ Ŕ ė s 処 理 ä 方 法 åh 出 力 段
あとがき
MOSFET äIJŕčŜ−ěsı間áĭĐijsĩčēsIJĈ
搭載ÏāÉÞáþĀhL 負荷電流遮断時á MOSFET Ĉē
富士電機Ýåh 図 8 á示Ï F5052H ä量産Ĉ 2007 年Á
ŜËÑhđĶŔės処理Ĉ行¼方法Â一般的ݸÙÕ}図
ÿ予定Íܺāg次回ä大電流用途İĹčĢåh次世代ı
5 参照~
gÉä方法Ýåh並列接続時áåhĘŒŜŀ電圧
ŕŜĪ MOSFET áþāËÿàā低ēŜ抵抗化hÀþé次
Â低º素子áđĶŔėsÂ集中Íh破壊á至ā可能性¸
世代ĢsĺsĢŇsıŀŖĤĢ適用áþā IC 回路微細化
āg
áþĀh低ĜĢıh高機能化Ĉ推進Íh市場Ĵsģá対応
F5052H ÝåhL 負荷動作時ä逆起電圧áþÙÜĦsĢ
ÍܺÅ所存ݸāg
電圧Â負電圧á変化ÏāÉÞĈ検出ÍÜhĦsĢ電圧Â
GND 電位á対Í− 7 V á到達ÏāÞhĘŒŜŀ回路Â動
作Ïā設計ÞÍÕg本回路å DC 印加時å動作ÍàºÕ÷h
IJŕčŜ−ĦsĢ間áå通常å typ. 40 V}IJŕčŜ−ěs
参考文献
竹 内 茂 行 ñ Ái 自 動 車 用 Ī Ĭ ŀ ē Ŝ Ī Ĭ ŀ Ģ Ň s ı
（ 1）
MOSFET 技術i富士時報ivol.76, no.10, 2003, p.626-629.
ı間搭載äĭĐijsĩčēsIJ耐圧~ôÝä電圧印加Â可
（ 33 ）
富士時報 6OL.O
自動車電装用パワー MOSFET
特 集
有田 康彦}¸ĀÕeúÏèÉ~
西村 武義}áÍöÿeÕÇþÍ~
まえがき
図
富士電機の自動車電装用パワー MOSFET の定格と適用
分野
近年h自動車ä低燃費化h安全性向上Àþé環境負荷
120
低減Ĉ目的ÞÍÕ機構部品ä電子化á伴ºh自動車電装
分野îäĺŘs MOSFET}Metal-Oxide-Semiconductor
電動パワステ用途
従来トレンチ（FT-Ⅰ），新型トレンチ（FT-Ⅱ）
100
Field-Effect Transistor~ä適用Â増加Íܺāg
80
I DS（A）
低燃費化Àþé車両ä軽量化Ĉ図āÕ÷áh油圧制御Ý
¸ÙÕĺŘsĢįċœŜę装置ÂþĀ軽量à電子制御}以
下h電動ĺŘĢįÞº¼~方式îÞ急速á置Ã換ąÙÜ
HEV
DC-DCコンバータ用途
新型トレンチ（FT-Ⅱ），SuperFAP-G
60
40
ºāgôÕh安全性向上ä一例ÞÍÜh夜間ä視認性Ĉ
電子バラスト用途
SuperFAP-G
高÷āÕ÷áhĸŖěŜĹŔĿÁÿþĀ輝度ä高ºİČĢ
20
ĪŌsġĹŔĿîä移行Â進ĉݺāgËÿáh低燃費à
ÿéá環境負荷低減目的Ý高級車Ĉ中心á商品化ËĂÜÃ
0
ÕĸčĿœĬIJ車}以下hHEV Þº¼~åh近年ä原油
0
100
200
300
400
V DS（V）
500
600
700
価格高騰áø後押ÍËĂ低価格車áø展開ËĂܺÅÞ予
想ËĂāg
ÉĂÿä用途á使用ËĂāĢčĬĪŜęİĹčĢݸā
図
パッケージ系列の外観
ĺŘs MOSFET ä需要å今後ôÏôÏ増大ÍhËÿàā
性能向上Â求÷ÿĂܺāg
富士電機ÝåhÉĂÿ自動車ä機構部品ä電子化h電子
ĠĢįʼnäËÿàā高効率化àßä要求á対応ÏāÕ÷h
各種äĺŘs MOSFET ä開発Àþé製品化Ĉ進÷ܺāg
本稿Ýåh富士電機ä自動車電装用ĺŘs MOSFET á
D2-Pack
ÚºÜhÓä系列h特徴hÀþé今後ä開発動向áÚºÜ
TO-3P
TO-220
フルモールド
紹介Ïāg
TO-220AB
TO-247
自動車電装用パワー MOSFET
図 1 á富士電機ä自動車電装用ĺŘs MOSFET ä定格
MOSFET Ĉ製品化ÍܺāgËÿáİČĢĪŌsġĹŔ
Þ適用分野Ĉ示ÏgôÕhÓäĺĬĚsġ系列ä外観Ĉ図
Ŀ電子ĹŒĢı用á 100 v 200 V àÿéá 500 v 600 V 耐
2 á示Ïg現在h富士電機Ýå電動ĺŘĢį用 MOSFET
圧ä MOSFET Ĉ系列化Íܺāg
ÞÍÜh12 V ĹĬįœs用á 40 Vh60 V 耐圧品Ĉ系列化
Íh42 V 電 源}36 V Ĺ Ĭ į œ s~ 用 Þ Í Ü 75 V 耐 圧 品
自動車電装用パワー MOSFET の特徴
Ĉ系列化ÍܺāgôÕhHEV àßä DC-DC ĜŜĹs
Ĩä二次側整流用途ÞÍÜ 80 v 200 V 耐圧ä MOSFET
Ĉ系列化Íh同期整流用途ÞÍÜ 80 V 耐圧äıŕŜĪ
（ 34 ）
.
電動パワステ用 MOSFET の特徴
電動ĺŘĢį用電子制御装置å高温雰囲気下Ý長期間確
有田 康彦
西村 武義
ĺŘs MOSFET ä開発j設計á
ĺŘs半導体素子ä開発j設計á
従事g現在h富士電機İĹčĢį
従事g現在h富士日立ĺŘsĤň
ĘķŖġs株式会社半導体事業本
ĜŜĩĘĨ株式会社松本事業所開
部自動車電装事業部電装開発部g
発設計部g
富士時報 6OL.O
自動車電装用パワー MOSFET
実á動作ÏāÉÞÂ要求ËĂāÕ÷h高信頼性àÿéá低
ŀŕsij構造ä MOSFET á対ÍÜhĪŌĶŔ抵抗成分Þ
JFET}Junction Field Effect Transistor~効果ä抵抗成分
造ä技術Ĉ採用ÍÕ低ēŜ抵抗 MOSFET Ĉ電動ĺŘĢį
Ĉ大幅á低減ÏāÉÞÂ可能Þàāg富士電機Ýåhıŕ
用á系列化ÍܺāÂh近年ÝåËÿàā低損失化Ĉ目的
ŜĪ部á高品質àěsı酸化膜Ĉ形成ÏāÉÞÝ高ºěs
ÞÍÜ低ēŜ抵抗ÁÚĢčĬĪŜęĢĽsIJä高速化Â要
ı保証電圧}6GSk＋ 30 V/− 20 V~Þěsı信頼性Ĉ有
求ËĂܺāg
Ïā低ēŜ抵抗ıŕŜĪ MOSFET Ĉ製品化Íܺāg
富士電機ÝåÉä低ēŜ抵抗ÁÚĢčĬĪŜęĢĽsIJ
高速化ä要求á対応ÏāÕ÷áhıŕŜĪ構造ä新規設計
低ēŜ抵抗Þ高速ĢčĬĪŜęä両立
（ 2）
今回hıŕŜĪ構造Ĉ新規設計ÞÏāÉÞÝĪŌĶŔ長
Ĉ行ºh単位面積¸ÕĀäēŜ抵抗Ĉ 20 % 低減ËÑh同
Ĉ最適化ÍÜĪŌĶŔ抵抗成分ĈËÿá低減ÍhôÕ結
時áĢčĬĪŜęĢĽsIJø向上ËÑÕ新型ıŕŜĪ
晶Ĉ最適化ÍÕÉÞáþĀh単位面積¸ÕĀäēŜ抵抗Ĉ
MOSFET}FT-Ⅱ~Ĉ開発ÍÕg以下áÓä特徴áÚºÜ
20 % 低減ÍÕ新型ıŕŜĪ MOSFET Ĉ実現ÍÕgôÕh
紹介Ïāg
ĪŌĶŔ長Ĉ短ÅÏāÉÞÝıŕŜĪ構造Ĉ浅ÅÍh静電
新型ıŕŜĪ
（ 1）
MOSFET}FT-Ⅱ~äĪĬŀ構造
容量Ĉ低減ÝÃāþ¼á設計ÍÕg
図 3 á従来äıŕŜĪ MOSFET}FT-Ⅰ~äĪĬŀ構
MOSFET åēŜ抵抗ÞĢčĬĪŜęĢĽsIJÂıŕs
MOSFET}FT-Ⅱ~äĪĬŀ構造ä断
IJēľä関係á¸āgēŜ抵抗 2on ÞĢčĬĪŜę時間ä
面比較Ĉ示ÏgıŕŜĪĪĬŀ構造åhěsı部分á精度
指標ÞàāěsıĪŌsġ 1gd Þä積ݸāh性能指数
þÅđĬĪŜęËĂÕ凹部構造Ĉ形成ÏāÉÞÝh従来ä
2onj1gd Â低減ÝÃĂæhMOSFET ä低ēŜ抵抗Þ高速
造Þ新型ıŕŜĪ
ĢčĬĪŜęä両立Ĉ図āÉÞÂÝÃāg
今回製品化ÍÕ新型ıŕŜĪ MOSFET Ýåh単位面積
図
¸ÕĀäēŜ抵抗Ĉ低減ÍhÁÚĢčĬĪŜę時間á影響
従来トレンチチップ構造と新型トレンチチップ構造
Ïā静電容量Ĉ低減ÏāÉÞÝh性能指数Ĉ約 45 % 低減
従来トレンチチップ構造
ソース
n+
n+
p+
n+
ソース
n+
チャネル長
p
（ ）
R CH
p
p
ÝÃÕg 図 4 á 60 V 耐圧品ä従来ıŕŜĪĪĬŀÞ新型
新型トレンチチップ構造
ゲート
n+
n+
ゲート
n+
p+
ıŕŜĪĪĬŀÝä 2onj1gd 比較Ĉ示Ïg
n+
電動ĺŘĢįá使用ËĂā MOSFET Ýå低ēŜ抵抗特
p
p
ěsıÍú値電圧á対Ïā設計
（ 3）
p
性Â重視ËĂܺāÕ÷hēŜ抵抗特性ÞıŕsIJēľä
ゲート
チャネル長短縮
（チャネル抵抗 減少） 酸化物
R CH
ゲート酸化物
関係á¸āěsıÍú値電圧 6GS}th~  1 v 2 V 程度ä
トレンチ
トレンチ
MOSFET Â一般的ݸāgÍÁÍhěsıÍú値電圧
Â小˺Þ電磁ķčģàßáþā誤動作Â起ÃúϺ޺
n−
n−
n+
n+
ドレイン
ドレイン
¼問題¸āg
富士電機ä電動ĺŘĢį用 MOSFET åhěsı信頼性
Ĉ考慮Íěsı酸化膜厚àÿéáĪŌĶŔ濃度Ĉ調整Ïā
ÉÞÝěsıÍú値電圧Ĉ 3 V}typ~Þ最適化Íhķ
čģ誤動作防止Ĉ考慮ÍÕ設計ÞÍÕg
図
60 V/5 mΩ定格品における従来トレンチと新型トレンチ
の R on・Q gd 比較
大電流ÁÚ高信頼性
（ 4）
電動ĺŘĢį用äĠĢįʼnáÀºÜåh図 5 á示Ïþ¼
サンプル
R on・Q gd（Ω・nC）
R on（Ω）
Q gd（nC）
従来トレンチ
0.186
0.005
37
新型トレンチ
0.1
0.005
20
図
電動パワステシステムの等価回路図（三相モータ制御）
＋V cc
条件（ V DS ＝30 V， =80
A，V
GS＝10 V）
ID
従来トレンチ
V DS
①負荷短絡
モード
V GS
ドライブ
回路へ
各ゲート
ドライブ
へ
回路
（6チャネル）
ID
Q gd
③アーム
短絡モード
新型トレンチ
三相
モータ
②地絡
モード
Q gd
V DS：5 V/div
I D ：20 A/div
V GS：2 V/div
T ：2 s/div
マイコン
−
＋
（ 35 ）
特 集
損失性Â重要ݸāg富士電機Ýå従来ÁÿhıŕŜĪ構
富士時報 6OL.O
自動車電装用パワー MOSFET
à① DC ŋsĨä負荷短絡ŋsIJh② DC ŋsĨÞ ECU
}Electric Control Unit~Ĉ接続Ïā配線ä地絡h③ H Ŀ
é軽量化ÏāÕ÷áh高周波ÝäĢčĬĪŜę動作Ĉ行¼
必要¸āg
特 集
œĬġôÕå三相ĿœĬġĈ構成Ïā上下間İĹčĢä
ôÕhčŜĹsĨ部áåhĹŔĿá高電圧Ĉ発生ËÑ
ċsʼn短絡àßh瞬時的à大電流責務áø耐¾¼ā信頼性
āÕ÷ä 500 v 600 V 耐圧ä MOSFET Â使用ËĂāgÉ
Â必要Þàāg
ä MOSFET åĹŔĿ無負荷出力状態Ýä高º電圧}約
図 6 á富士電機ä MOSFET 製品ä内部構造図}例~Ĉ
380 V~ÀþéĹŔĿ放電開始時ä高º DV/DT á耐¾ā必
示Ïg電動ĺŘĢįä最大ıŔĘ時}ŋsĨ電流 30 v
要¸āg
65 A 程度~áåh大電流áþāĪĬŀÝä発熱á加¾Üh
ÉĂÿä高耐圧ÁÚ高速ĢčĬĪŜę要求á対Íh富士
外部端子á接続ÏāœsIJŘčō部Ýø大Ãà熱Â発生Ï
電機Ýå高速ĢčĬĪŜęÁÚ低ēŜ抵抗特性Ĉ備¾Üº
āg
ā SuperFAP-G 系列ĈhDC-DC ĜŜĹsĨ用Àþé電
富士電機Ýå以上ä課題á対Íh①内部接続Řčōä大
子ĹŒĢı用ÞÍÜ提案ÍܺāgÉä SuperFAP-G 系
口径化Àþé②内部接続Řčōä複数本化hÞº¼対策Ĉ
列ä MOSFET åh図 8 á示Ï擬平面接合ä新技術Ĉ適用
行Ùܺāg
Íh600 V 耐圧Ý Si äēŜ抵抗理論限界値á迫ā高性能化
以上ä特徴Ĉ有Ï富士電機ä MOSFET åh電動ĺŘĢ
Ĉ実現Íܺāg
į以外áø HEV 用 DC-DC ĜŜĹsĨàßä幅広º自動
車電装用途îä採用Â進ĉݺāg
.
HEV 用 MOSFET の特徴
従来 HEV 用 DC-DC ĜŜĹsĨ部ä二次側整流用素子
.
áåĩčēsIJÂ使用ËĂܺÕÂh近年 DC-DC ĜŜ
電子バラスト用 MOSFET の特徴
İČĢĪŌsġĹŔĿĈ制御ÏāĹŒĢı装置äĠĢį
ĹsĨ部ä高効率化Ĉ図ā目的ÝhMOSFET Ĉ使用ÍÕ
ĜŜĹsĨ部áåhĹĬįœs
同期整流Â採用ËĂܺāg同期整流素子ÞÍÜ使用Ë
電圧Ĉ昇圧ËÑāÕ÷á 100 v 200 V 耐圧ä MOSFET Â
Ăā MOSFET áåhDC-DC ĜŜĹsĨä二次側電圧 80
使用ËĂāgÉä MOSFET å昇圧ıŒŜĢĈ小型化Àþ
v 200 V á耐¾ā耐圧h低ēŜ抵抗性ÁÚ高速ĢčĬĪŜ
ʼnĈ図 7
á示ÏgDC-DC
ę性}低 Trr 特性~Â要求ËĂāg
ÉĂÿä低ēŜ抵抗性ÁÚ高速ĢčĬĪŜę性ä要
図
トレンチパワー MOSFET の内部構造図（例）
〔面実装タ
求á対Íh富士電機ÝåÉĂÿĈ両立ÍÕ新型ıŕŜĪ
MOSFET}FT-Ⅱ~Ĉ提案Íܺāg
イプ〕
ベース
フレーム
図
SuperFAP-G 系列のチップ構造
エポキシ樹脂
ゲート
ソース
半導体チップ
リードワイヤ
n＋
n＋
p ＋ p−
発熱部
p−
n＋
n＋
p−
p＋
p−
n＋
p＋
p−
n−
n＋
ドレイン
（a）従来のパワーMOSFET系列
図
バラスト装置のシステム図
ゲート
Vcc
DC-DCコンバータ部位
ソース
インバータ部位
（ブリッジ）
n＋
スタータ/
バルブ部位
p＋
p−
n＋
n＋
p＋
p−
n＋
n＋
p＋
p−
n＋
n＋
p＋
p−
n＋
n＋
n−
n＋
ドレイン
（b）SuperFAP-G系列
（ 36 ）
p＋
p−
n＋
n＋
p＋
p−
n＋
擬平面接合
富士時報 6OL.O
自動車電装用パワー MOSFET
車電装分野áÀÇā機構部品電子化îäËÿàāĴsģá
応¾āïÅh絶¾間àº製品開発Þ提案Ĉ行ºh自動車電
今後の開発動向
現在h富士電機ÝåËÿàā高性能化要求á応¾āï
ÅhİğčŜŔsŔä微細化áþā次世代ıŕŜĪ技術
参考文献
ä開発á注力ÍܺāgÉä技術áþĀh次世代ıŕŜ
Yamazaki, T. et al. Low Qgd 60 V Trench Power MOS
（ 1）
Ī MOSFET ä単位面積¸ÕĀäēŜ抵抗Ĉh新型ıŕ
FETs with Robust Gate for Automotive Applications.
Ŝ Ī MOSFET}FT-Ⅱ ~ á 比 ï Ü 25 % 従 来 ı ŕ Ŝ Ī
MOSFET}FT-Ⅰ~á比ïÜ
40 %低減ÏāÉÞĈ目標Þ
ÍÜ開発Ĉ進÷ܺāg
PCIM2003.
山田忠則ñÁi低損失j超高速ĺŘs MOSFETSuper
（ 2）
i富士時報ivol.74, no.2, 2001, p.114-117.
FAP-G Ġœsģ
徳西弘之ñÁiĺŘs MOSFETSuperFAP-G Ġœsģ
（ 3）
あとがき
ÞÓä適用効果i富士時報ivol.75, no.10, 2002, p.593-597.
堀内康司ñÁi自動車用ĺŘs MOSFETi富士時報i
（ 4）
富士電機Ýå今ôÝh今回紹介ÍÕþ¼à各種自動車用
vol.76, no.10, 2003, p.601-605.
ĺŘs MOSFET Ĉ開発Íh製品化ÍÜÃÕg今後ø自動
（ 37 ）
特 集
装分野äôÏôÏä発展á貢献ÍܺÅ所存ݸāg
富士時報 6OL.O
ソフトリカバリー LLD
特 集
森本 哲弘}øĀøÞeÜÚèă~
g
}図 1 参照~
まえがき
現在h地球温暖化j環境破壊àßä環境問題Â多岐áą
素子設計
ÕĀh省資源化Â盛ĉá叫æĂܺāg電子機器ä低消費
電力化j高効率化j回路ä簡素化áþā小型化h部品点数
.
素子構造
ä削減Â重要視ËĂhÉĂá伴ºh電子機器á搭載ËĂā
図 2 áĦľıœĔĹœs LLD ä素子断面構造Ĉ示Ïg
ĢčĬĪŜę電源áø低消費電力j高効率化j高周波化j
基本構造åhn＋ 基板上á低濃度ä n− 層Ĉ形成後hp＋ 層
低ķčģ化Â不可欠ÞàÙÜÃܺāg
Ĉ不純物拡散Ý形成Ïā pin 構造ݸĀhËÿáŒčľĨ
ĢčĬĪŜę電源á用ºÿĂāĺŘsİĹčĢá要求Ë
čʼnĖŒs拡散Ĉ適用Íܺāg耐圧構造åh結晶仕様h
Ăā性能ÞÍÜåh低損失化Þ低ķčģ化¸ÈÿĂāg
ĪĬŀ外周äĕsIJœŜę配置hàÿéáĺĬĠłsĠŐ
ĢčĬĪŜę電源ä高周波化áþĀĢčĬĪŜę時á発生
Ŝ膜ä最適化Ý構成Íܺāg
Ïā回路ĞsġÀþé急峻}Ãû¼Íûĉ~à DV/DT áþ
āķčģÂ問題Þàāg特áhĢčĬĪŜę電源ä二次側
.
逆回復特性
出力整流ĩčēsIJáåhÓĂÿä性能ä改善Â強Å望ô
図 3 áĩčēsIJä逆回復特性ä電流j電圧波形Ĉ示Ïg
Ăܺāg
ĩčēsIJÂ順ĹčċĢËĂܺāÞÃh順方向電流})F~
富士電機Ýåh従来Áÿ 20 v 200 V 耐圧äĠŐĬıĖs
á比例ÍÕ蓄積電荷}1rr~Ĉ持ÚgMOSFET äēŜÝĩ
Ĺ œ ō ĩ č ē s IJ}SBD~
h200 Vh300 Vh400 V 超 高 速
čēsIJÂ電流転換ÏāÞÃh)F å回路äčŜĩĘĨŜ
低損失ĩčēsIJ}LLD~ä開発Ĉ推進Íh各種ĢčĬĪ
ĢÞ電圧Ý決ôā速Ë}− DIF/DT~Ý減少ÏāgÍÁÍà
Ŝę電源ä出力電圧á対応Ïā最適àĩčēsIJĈ系列化
Âÿh上記 1rr äÕ÷ĩčēsIJÞÓä周辺回路Ĉ循環Ï
ÍÜÃÕg
ā逆電流}ĽsĘ電流k)RP~Â流ĂhÉä電流Â損失Ĉ
今回h24 v 48 V 出力ä整流用á従来使用ËĂܺÕ
発生ËÑāg1rr ÂàÅàĀ逆電流ÂàÅàāôÝä時間
300 v 400 V LLD á対Íh低ķčģ性Ĉ重視ÍÕĦľı
Ĉ逆回復時間}Trr~ÞÍhËÿá 図 3 äþ¼á )RP ÂĥŖ
œĔĹœs LLD Ĉ開発ÍÕäÝ以下á概要Ĉ紹介Ïā
áàāôÝä速ËĈ DIR/DT Þ定義ÏāgĦľı性åÉä
DIR/DT Ý表現Ïāg
図
ソフトリカバリー LLD シリーズの外観
DIR/DT Â大ú素子å逆回復電流 ) ＝ )RP ÞàÙÕ後h
図
ソフトリカバリー LLD の素子断面構造
ガードリング
電極
p+
xj
n−
Wb
n+
電極
森本 哲弘
ĺŘsĩčēsIJä開発設計á従
事g現在h富士日立ĺŘsĤňĜ
ŜĩĘĨ株式会社松本事業所開発
設計部g
（ 38 ）
酸化膜
富士時報 6OL.O
ソフトリカバリー LLD
回復電流Â )RP á達ÍÕ後á pn 接合付近á蓄積Ïā少数
起電圧Ĉ生ÎhÉĂÂķčģ発生ä原因ÞàāgÍÕÂÙ
ĖŌœō自身Ĉ少àÅÍhàÀÁÚ空乏層Â緩úÁá伸
Üh緩úÁá逆回復電流Â減少ÏāĦľıœĔĹœsä特
éÜĦľıœĔĹœs特性ÞàāÉÞĈ狙Ùܺāg特áh
性Â必要Þàāg
pin 構造ä設計ĺŒŊsĨݸā p＋層不純物濃度hp＋層
今回h逆回復特性åhpin 構造ÞŒčľĨčʼn拡散条件
hn−層厚Ë}Wb~àßĈ新規設計ÞÍhô
拡散深Ë}8j~
ä最適化ÝċķsIJÁÿä少数ĖŌœōä濃度Ĉ抑¾h逆
ÕhŒčľĨčʼn拡散方法á新ÕàŀŖĤĢĈ適用ÏāÉ
ÞÝ優ĂÕĦľı性Ĉ達成ÍÕg
図
ダイオードの逆回復特性電流波形
素子特性
電流
−di F /dt
図 4 á電流定格 20 A ä従来品 400 V LLD Þä逆回復
di R/dt
特性比較Ĉ示Ïg逆回復時ä DIR/DT ä違ºå顕著ݸĀh
新製品å電流ä回復振動Â少àÅĦľıœĔĹœs特性á
IF
¸āgôÕhÉĂá伴º跳ã上ÂĀä逆Ğsġ電圧 6RP ø
t rr
従来品ä適用時á対ÍÜ約 47 % á抑¾ÿĂܺāg 図 5
0A
I RP
á 6RP Þ DIR/DT Þä関係Ĉ示Ïg図 6 á DIR/DT Þ− DIF/DT
Q rr
Þä関係Ĉ示Ïg
図 7 á電流定格 20 A ä従来 300 V LLD Þä順方向特
電圧
性j 逆 方 向 特 性 比 較 Ĉ 示 Ïg 同 様 áh 図 8 á 電 流 定 格
0V
20 A ä従来 400 V LLD Þä順方向特性j逆方向特性比較
VR
V RP
Ĉ示ÏgĦľıœĔĹœs LLD ä順方向特性å従来品Þ
400 V/20 A LLD の di R/dt と V RP
図
400
400 V 20 A
従来品
400 V/20 A LLD 高温時の逆回復特性電流・電圧波形
300
400 V 10 A
ソフトリカバリー品
V RP（V）
I F ＝10 A，di F /dt ＝−200 A/ s（ V R＝160 V）
，T j＝100 ℃
200
400 V 20 A
ソフトリカバリー品
100
条件： ＝ /2， ＝100
IF IO
Tj
℃
−di F /dt ＝200 A/ s（ V R ＝ V RRM /4）
0
0
500
1,000
1,500
2,000
2,500
3,000
di R /dt（A/ s）
V RP
400 V/20 A LLD の− di F/dt と di R/dt
図
従来品 400 V LLD
3,000
条件： ＝ /2，
IF IO
T
＝25
℃，V ＝160
V
j
R
di R /dt（A/ s）
図
V RP
1,000
400 V 20 A LLD
300
100
400 V 20 A
ソフトリカバリーLLD
30
50
ソフトリカバリー品 400 V LLD
100
150
200
250 300
−di F /dt（A/ s）
（ 39 ）
特 集
急激á電流Â減少ÏāÕ÷h図 3 á示ÍÕþ¼á急峻à逆
富士時報 6OL.O
図
ソフトリカバリー LLD
300 V/20 A LLD の順方向特性・逆方向特性
図
400 V/20 A LLD の順方向特性・逆方向特性
特 集
400 V ソフトリカバリーLLD
400 V LLD
300 V ソフトリカバリーLLD
300 V LLD
10
10
T j ＝125 ℃
I F（A）
I F（A）
T j ＝125 ℃
T j ＝100 ℃
T j ＝25 ℃
T j ＝25 ℃
1
1
T j ＝100 ℃
0.1
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4
0.1
0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5
V F（V）
V F（V）
T j ＝125 ℃
1,000
1,000
400 V ソフトリカバリーLLD
400 V LLD
T j ＝100 ℃
300 V ソフトリカバリーLLD
300 V LLD
100
100
T j ＝125 ℃
T j ＝100 ℃
I R（ A）
I R（ A）
10
T j ＝25 ℃
10
T j ＝125 ℃
T j ＝25 ℃
T j ＝125 ℃
1
T j ＝100 ℃
1
T j ＝100 ℃
0.1
0.01
50
0.1
T j ＝25 ℃
100
150
200
250
300
350
0.01
T j ＝25 ℃
0.001
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
400
V R（V）
V R（V）
ñò同等特性ݸĀh逆方向特性å従来品þĀ逆電流 1
以上äþ¼áh本製品åĦľıœĔĹœs特性Ĉ有Íh
ÇÕ以上低Åh良好ݸāg
ĢčĬĪŜę時äĞsġ電圧ä抑制Â期待ÝÃāgÍÕ
ÂÙÜh従来å 400 Vh600 V ĘŒĢä LLD Ĉ使用Íܺ
Õ回路î 1 ŒŜĘ下ä耐圧品ä適用Â可能ÞàĀh低 6F
実装試験結果
}順方向電圧~化áþā低損失化hķčģ対策用äĢijĹ
一般用ĢčĬĪŜę電源}150 Wh48 V 出力~á 400 V
回路ä簡素化úļsģàßä削減Â期待ÝÃhĢčĬĪŜ
å評
品Ĉ実装ÍÕÞÃä波形比較Ĉ図 9 á示Ïg図 9 ä
（a）
ę電源ä高効率化h小型化á寄与ÝÃāøäÞ考¾āgË
（b）
h
åľŒčńčsŔ側äĩčēsIJ波形ݸ
価回路h
（c）
ÿáåh部品点数ä削減áþāĜĢıĩďŜáø寄与Ïā
āgĦľıœĔĹœs LLD áþĀ )RP Â低減ËĂܺā
Þ考¾āg
Þ同時á跳ã上ÂĀ電圧ø緩和ËĂܺāg
ôÕh放射ķčģĈŀœŜĨ用電源}150 Wh24 V 出
力~áÜ実装Íh400 V LLD Ĉ比較ÍÕ結果Ĉ図
あとがき
á示Ïg
É×ÿøĦľıœĔĹœs LLD å大幅àķčģŕłŔä
今回h富士電機Â開発ÍÕĦľıœĔĹœs LLD áÚ
低減Ĉ実現Íܺāg
ºÜ概要Ĉ紹介ÍÕgÉĂÿåh高周波ĢčĬĪŜę動作
表１ áĦľıœĔĹœs LLD Ġœsģä絶対最大定格
Ĉ伴¼電子機器電源h特áh近年äİġĨŔ家電ä普及á
Þ電気的特性一覧Ĉ示Ïg
伴¼ FPD}Flat Panel Display~ä電源á十分有効ÖÞ考
（ 40 ）
富士時報 6OL.O
表
ソフトリカバリー LLD
ソフトリカバリーLLDシリーズの絶対最大定格と電気的特性
電気的特性
絶対最大定格
パッケージ
YG982C3R
t rr（ns）
I F = 0.1 A， I R = 0.2 A，
I rec. = 0.05 A
R th（j-c）
（℃/W）
Iｏ（max）
（A）
TO-220F
300
10
90
1.30
20
40
3.00
YA982C3R
TO-220AB
300
10
90
1.30
20
40
1.75
TS982C3R
T-pack（S）
300
10
90
1.30
20
40
1.75
YG985C3R
TO-220F
300
20
110
1.30
35
40
1.75
YA985C3R
TO-220AB
300
20
110
1.30
35
40
1.25
TS985C3R
T-pack（S）
300
20
110
1.30
35
40
1.25
PG985C3R
TO-3PF
300
20
110
1.30
35
40
3.00
YG982C4R
TO-220F
400
10
80
1.45
20
50
3.00
YA982C4R
TO-220AB
400
10
80
1.45
20
50
1.75
TS982C4R
T-pack（S）
400
10
80
1.45
20
50
1.75
YG985C4R
TO-220F
400
20
100
1.45
35
50
1.75
YA985C4R
TO-220AB
400
20
100
1.45
35
50
1.25
TS985C4R
T-pack（S）
400
20
100
1.45
35
50
1.25
PG985C4R
TO-3PF
400
20
100
1.45
35
50
3.00
（a）48 V出力回路
図
放射妨害電界強度測定結果（参考値）
レベル（dB V/m）
48 V 出力電源実装時の印加波形
I FSM
（A）
I RRM （ A）
VR =VRRM
V RRM
（V）
400 V LLD
ソフトリカバリー400 V LLD
30
40
50
70 80
100
200
300
周波数（MHz）
¾āg今後hËÿá電源ä高周波動作áþĀ低損失化j低
ķčģ化ä要求Â高ÅàāÉÞå確実ݸĀh富士電機Ý
åhLLD ä特性向上ÞhĺĬĚsġ系列化j製品系列ä
拡充Ĉ図ĀhþĀ高品質à製品Ĉ提供ÍܺÅ所存ݸāg
（b）ソフトリカバリー400 V LLD
参考文献
関康和ñÁi最近ä IGBT Þ周辺ĩčēsIJi’
96 ĢčĬ
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（ 2）
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北村祥司h松井俊之i600 V Ģsĺs LLDi富士時報i
（ 3）
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森本哲弘ñÁiĠŐĬıĖsĹœōĩčēsIJi富士時報i
（ 5）
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（ 41 ）
特 集
図
型 式
V FM（V）
I F = I o/2
（Tj = 25 ℃）
富士時報 6OL.O
マルチチップパワーデバイス「M-Power 2A シリーズ」
特 集
島藤 貴行}ÍôÞ¼ÕÁüÃ~
寺沢 徳保}ÜÿËąeäĀñ~
太田 裕之}ÀÀÕeèăüÃ~
ĹsĨä基本回路構成Ĉ示Ïg上下ċsʼnäŖsĞčIJ
まえがき
ĢčĬĪݸā Q1}ĺŘs MOSFET~å制御 IC Ý駆動
富士電機ÝåhĢčĬĪŜę電源用á高効率j低ķčģ
ËĂā他励発振動作hĸčĞčIJĢčĬĪݸā Q2}ĺ
ݸā独自ä複合発振型電流共振電源回路Ĉ開発ÍhÓä
Řs MOSFET~å絶縁ıŒŜĢ Tr ä補助巻線 P2 Ý駆動
専用İĹčĢÞÍÜh制御 IC Þ二ÚäĺŘs MOSFET
ËĂā自励発振動作ÞàÙÜÀĀhTr äœsĚsġčŜ
}Metal- Oxide- Semiconductor Field- Effect Transistor~
ĩĘĨŜĢÞ共振ĜŜİŜĞ Cr ä直列共振回路áþĀ電
Ĉ一Úä小型ĺĬĚsġ}SIP23~á搭載ÍÕM-Power 2
流共振動作Ĉ行¼gP2 Þh制御 IC ä電源Ĉ供給Ïā制御
Ĉ製品化ÍľŒĬıĺĶŔįŕļ用電源Ý好評Ĉ得ܺāg
電源巻線 P3 å P1 Þ密結合ÞÍÕ設計ÞÍhÀäÀä P1
近年hľŒĬıĺĶŔįŕļä大画面化áþĀh大容量
ä電圧á比例ÍÕ電圧Ĉ発生ËÑāgÕÖÍhP2 電圧å
}出力Ý約 400 W~電源ä要求¸āgÓÉÝhËÿàā
P1 電圧Þ逆位相ÞÍܺāg
大容量電源á対応ÝÃāþ¼áhþĀ低ēŜ抵抗äĺŘs
MOSFET Ĉ搭載可能ÞÍh同時á制御 IC ä機能Ĉ一部
.
基本動作
改良ÍÕM-Power 2AĈ製品化ÍÕg
図 2 á動作äĨčňŜęĪŌsıĈ示Ïg
本稿ÝåhŇŔĪĪĬŀĺŘsİĹčĢM-Power 2
期間①ÝåhQ1 ēŜhQ2 ēľä状態ÝhCr Ĉ介ÍÜ
Ġœsģ
M-Power 2A ĠœsģÞ併ÑÜhÓĂÿÂ
適用ËĂā複合発振型電流共振電源ä動作原理Ĉ紹介Ïāg
図
動作タイミングチャート
複合発振型電流共振コンバータの動作原理
.
②
V P2 ，V G2 0
回路構成
V G1
0
電圧指令値，
参照信号値
0
複合発振型電流共振コンバータの基本回路構成
自励発振動作
Cr
R2
Q2
R1
V G2
M-Power 2
I D1
V P1
P1
＋
制御 IC
Q1
＋
参照信号値
V Q1
I Q1
VO
S1
S2
P2
I Q1
他励発振動作
電圧指令値
V Q1 ，V Q2
0
Tr
D1
V Q2
ゲート
しきい値電圧
V G2
V Q2
I Q2
整
流
回
路
ま
た
は Ed
P
F
C
V P2
短絡防止時間T d
図 1 á M-Power 2 Ĉ適用ÍÕ複合発振型電流共振ĜŜ
図
④
③
①
I Q2
I Q1 ，I Q2
0
D2
V P1
I D2
V P1 ，V P3
V Q1
0
＋
V P3
P3
V G1
出力電圧
調整回路
I D1
I D2
I D1 ，I D2
0
通常/待機信号
島藤 貴行
寺沢 徳保
太田 裕之
ĺŘs MOSFEThŇŔĪĪĬŀ
ĺŘs MOSFEThŇŔĪĪĬŀ
ŇŔĪĪĬŀĺŘsİĹčĢä開
ĺŘsİĹčĢä開発á従事g現
発á従事g現在h富士日立ĺŘs
ĺŘsİĹčĢä開発á従事g現
在h富士日立ĺŘsĤňĜŜĩĘ
ĤňĜŜĩĘĨ株式会社松本事業
在h富士日立ĺŘsĤňĜŜĩĘ
Ĩ株式会社松本事業所開発設計部g
所開発設計部g
Ĩ株式会社松本事業所開発設計部
ŇĶsġŌsg工学博士g電気学
会会員h電子情報通信学会会員g
（ 42 ）
マルチチップパワーデバイス「M-Power 2A シリーズ」
富士時報 6OL.O
Ĉ示ÏgÉĂÿåh同ÎĺĬĚsġ構造Ĉ採用Íܺāg
出力電圧調整回路ä信号Ĉ電圧指令値ÞÍÜ制御 IC á
ôÕhM-Power 2A ĠœsģÝå制御 IC ä機能Ĉ改良Íh
ľČsIJĹĬĘÍÜ行¼g制御 IC åhÓä電圧指令値Þ
ĽŜ配列å M-Power 2 ĠœsģÞ異àāg
特 集
P1 á電流Â流Ă負荷á電力Ĉ供給Ïāg出力電圧制御åh
6P1 Â負Áÿ正î零ĘŖĢÏāĨčňŜęÁÿ時間á比例
ÍÜ増加Ïā参照信号ÞĈ比較Íh出力電圧Â一定áàā
.
構 造
þ¼á Q1 ĈĺŔĢ幅制御Ïāg
内部構造åēsŔĠœĜŜäŇŔĪĪĬŀ構成Ĉ採用
期間②ÝåhQ1 ÂēľÏāÞ 6P1 Â正Áÿ負á反転Ï
Íh制御 IC ÞĺŘs MOSFET 2 個}Q1hQ2~Ĉh高Ë
āgTr Áÿ Q1 ä出力容量Ĉ充電Ïā電流Þ Q2 ä出力容
10 mmh幅 30 mm ä SIP ĺĬĚsġá収納Íh薄型電源
量Ĉ放電Ïā電流Â流ĂhQ1 äIJŕčŜ電圧Â上昇hQ2
á対応Íܺāg
IJŕčŜ電圧Â下降Ïāg
期間③Ýåh充放電Â終ąāÞ Q2 ä寄生ĩčēsIJÂ
.
制御 IC の機能
導通ÏāgÉäĨčňŜęÝ Q2 ĈēŜËÑāÉÞÝ ZVS
複合発振型制御専用á開発ÍÕ制御 IC ä概略機能åh
}Zero Voltage Switching~ÞàāgÉäÞÃhQ2 äěs
Q1 Ĉ二次側出力電圧ä指令値Þ比較ÍÜ PWM}Pulse
ı端子Þä間á接続Íܺā抵抗Ýěsı電圧äĨsŜē
Width Modulation~制御Ïā演算機能Þh保護機能}ŒĬ
ŜĈ緩úÁáÍhQ1 Þ Q2 Â同時ēŜÍÜ短絡電流Â流
Ī停止機能付Ãä過電流保護h負荷短絡保護h過熱保護h
ĂāäĈ防Äh同時á ZVS áàāþ¼á設定ÏāgôÕh
過電圧保護àÿéá低動作電圧保護~Ĉ有ÍܺāgôÕ
Q2 ēŜÝ P1 áå期間①Þå逆向Ãä電流Â流Ăh負荷
過電流保護Àþé過熱保護äŒĬĪ停止áåĨčŇ時間Ĉ
á電力Ĉ供給Ïāg
設Çܺāg
期間④Ýåh期間②Þ同Î動作ÞàāgÓä後ôÕ期間
①ÞàĀh充放電Â終ąāÞ Q1 ä寄生ĩčēsIJÂ導通
.
パワー MOSFET
ÏāgÉäĨčňŜęÝ Q1 ĈēŜËÑāÉÞÝ ZVS Þ
ĺŘs MOSFET áåh擬平面接合構造Ĉ用ºÕ低ēŜ
àāgQ1 äēŜĨčňŜęåh6P1 Â負Áÿ正î零ĘŖ
抵抗Ý高速ĢčĬĪŜę特性ä SuperFAP-G ĠœsģĈ
ĢÏāĨčňŜęĈ P3 ä電圧Ý間接的á検出Íh短絡防
搭載Íh損失低減Ĉ図Ùܺāg
止期間 4d Ĉ経Õä×á Q1 ĈĨsŜēŜËÑāg
M-Power 2A の改良点・相違点
.
特 長
ÉäĜŜĹsĨä特長åh次äÞÀĀݸāg
M-Power 2 á対Ïā改良点j相違点å以下äÞÀĀÝ
高効率
（ 1）
¸āg
低ķčģ
（ 2）
共振åÐĂàßáþāċsʼn短絡àÍ
（ 3）
.
構造の改良
軽負荷時ä効率Â高º
（ 4）
M-Power 2A ÝåhM-Power 2 äœsIJľŕsʼn構造
h
åh従来型ݸā周波数制御方式ä電流共振回路
（ 1）
（ 2）
á対ÍhĺŘs MOSFET}Q1hQ2~ä搭載部Ĉ拡大Íh
h
å周波数制御方
äŊœĬıÞ同ÎݸāgÍÁÍh
（ 3）
（ 4）
þĀ低ēŜ抵抗äĺŘs MOSFET Ĉ搭載可能ÞÍÕ}ô
式Ýå達成困難à部分ݸĀhÓĂĈ容易á対策j改善Ý
Õh電流容量Ĉ確保ÏāÕ÷áhŊčŜ電流ä端子Ĉ 2
Ãā点ÂÉä方式ä大Ãà特長ݸāg
M-Power 2A の概要
図 3 á M-Power 2 Àþé M-Power 2A Ġœsģä外観
図
製品の外観
M-Power 2シリーズ
表
M-Power 2とM-Power 2Aの機能比較
項 目
M-Power 2
M-Power 2A
待機運転時
入力電力
（ P o=0 W時）
0.6 W（バースト動作）
0.41 W（バースト動作）
待機運転機能内蔵
外付け待機運転回路
無負荷からの
再起動
待機運転用バースト
発振に同期
（CB端子の発振下限点）
二次側からの
フィードバック
（FB端子のハイレベル）
アーム短絡
防止ディレイ
設定
内部設定固定時間
外部設定自由設定
（電源設計に合わせて 自由設定）
軽負荷安定
動作回路
外付け
内蔵
過電圧保護
瞬時ラッチ停止
270
s継続でラッチ停止
M-Power 2Aシリーズ
＋900 mV（プラス検出） −171 mV（マイナス検出）
過電流保護
100 ms継続でラッチ停止
36 ms継続でラッチ停止
＋1,500 mV（プラス検出）
短 絡 保 護
機能なし
瞬時ラッチ停止
（ 43 ）
マルチチップパワーデバイス「M-Power 2A シリーズ」
富士時報 6OL.O
本áÍܺā~
gÉĂáþĀhMP2A5038}500 V/0.38Ω~
負荷時á間欠動作ĈÍܺā場合h負荷Ĉ最大á近º状態
Ýåh約 400 W 出力äĢčĬĪŜę電源á適用可能ÞÍÕg
î急激á変化ËÑāÞh出力電圧Â大ÃÅ落×込ö現象
特 集
Â見ÿĂā場合¸ÙÕgÉĂåh間欠動作時ä負荷急変
.
制御 IC 機能・性能の改良
}無負荷 最大負荷~áþĀh出力電圧ä指令値ݸā
COMP 電圧M-Power 2A Ýå FB}ľČsIJĹĬĘ~電
表１á M-Power 2 Þ M-Power 2A ä機能比較Ĉ示Ïg
負荷急変時ä出力電圧落込õ改善
（ 1）
M-Power 2
圧Â上昇ÍÜøhCB}ĹsĢı運転周波数~発振Â下
限点áàÿàºÞĢčĬĪŜęÂ再開ÍàºÕ÷ݸÙÕg
Ĉ搭載ÍÕ電源Ýåh 図 4 á示Ïþ¼á無
ÓÉÝhM-Power 2A Ýå FB 電圧Â上昇ÍÕ時点ÝÏÆ
図
áĢčĬĪŜęÂ再開Ïāþ¼áÍÕÕ÷h出力電圧ä落
負荷急変時の動作模式図
込õåñÞĉßàÅh大幅à改善ÂàËĂܺāg
過電圧保護äĞsġ電圧対策
（ 2）
I O（負荷電流）
M-Power 2 ä過電圧保護å過電圧Â入力ËĂāÞ瞬時
á保護回路Â動作ÍŒĬĪ停止ÏāgÍÁÍh雷Ğsġà
ßä非常á狭º幅ä過電圧ĺŔĢáåŒĬĪ停止ÍàºÉ
M-Power 2A
ÞÂ求÷ÿĂܺāgÓÉÝhM-Power 2A Ýå過電圧
V O（出力電圧）
保護á 270 s äĨčŇĈ設ÇÜh狭º幅Ýä過電圧ĺŔ
M-Power 2
Ģáå反応Íàºþ¼áÍÕg
M-Power 2
過電流保護検出用抵抗ä損失改善
（ 3）
M-Power 2 ä過電流保護ä動作電圧å 900 mV Ýh電
M-Power 2A
COMP（M-Power 2） V comp
FB（M-Power 2A） V thFB
流検出抵抗ä損失ø電源出力電力ä増加ÞÞøá増¾h検
出抵抗ä大型化Þ発熱ä増加Ĉ生ĉݺāgM-Power 2A
Ýå動作電圧Ĉ 171 mV á下Èh検出抵抗ä損失低減Ĉ
図Ùܺāg¸ąÑÜh下記ä改善Ĉ行Ùܺāg
CB（M-Power 2）
電流検出方法ĈŀŒĢÁÿŇčijĢáÍÜĺŘs
（a）
MOSFET äIJŒčĿ電流ä影響ĈàÅÏg
（b）
電流検出端子ĈĺŘs MOSFET äĦsĢ端子Áÿ
V DS（Q1）
（M-Power 2A）
独立ËÑh電源仕様á合ąÑÜ外付ÇÝ自由áľČŔ
Ĩä設計Â可能ÞàÙܺāg
GND 端子Ĉ二Ú}PGND Þ SGND~設ÇÜh制御
（c）
V DS（Q1）
（M-Power 2）
IC îäķčģä影響Ĉ軽減ÍhĺĨsŜŕčċďı
Ĉ設計ÍúÏÅÍܺāg
軽負荷間欠動作対策回路ä内蔵
（ 4）
タイムラグ
M-Power 2 Ýå軽負荷時á間欠動作ÞàĀhTr Áÿä
図
外付け待機動作回路
D2
＋
＋
外付け
待機動作
回路
G2
Q2
VCC
D1
PC1
FB
PC2
制御 IC
PC1
VW
Q1
VREF
M-Power 2A
CON
IS
S
GND
＋
（ 44 ）
レギュ
レータ
＋
マルチチップパワーデバイス「M-Power 2A シリーズ」
富士時報 6OL.O
表
M-Power 2Aシリーズの系列表
V DS
R DS（ON）
MP2A5038
0.38 Ω
MP2A5050
0.50 Ω
500 V
パッケージ
起動電圧
0.60 Ω
MP2A5077
0.77 Ω
過熱保護
今回hľŒĬıĺĶŔįŕļàßä電源用á制御 IC Ĉ
g
改良ÍÕ M-Power 2A Ġœsģä製品Ĉ開発ÍÕ} 表 2~
16.5 V
MP2A5060
あとがき
制御IC
125∼
150 ℃
SIP23
ÉĂáþĀh大画面ľŒĬıĺĶŔįŕļàßä大容量電
源îä適用Â可能ÞàÙÕg今後åhËôÌôà要求á対
応ÏïÅŒčŜċĬŀä充実Ĉ図ā予定ݸāgôÕh電
源îäËÿá高度à要求á対応ÏïÅ電源ĠĢįʼnä開発h
専用ĺŘsİĹčĢä製品化á努力Ïā所存ݸāg
間欠動作音Â問題Þàā場合áåh外付Ç回路Ýä対策Ĉ
推奨Íܺāg一方hM-Power 2A Ýå間欠動作対策回
路Ĉ内蔵Íh外付Ç部品ä削減Ĉ図Ùܺāg
制御 IC ä消費電力削減
（ 5）
M-Power 2
å待機機能Ĉ内蔵ÍܺāÂhM-Power 2A
Ýå制御 IC ä消費電力削減ä観点ÁÿÉä機能Ĉ削除Í
ÕgÕÖÍh1 ĜŜĹsĨÝ待機機能Ĉ必要ÞÏā場合åh
g
待機動作回路Ĉ外付ÇÏāÉÞÂ可能ݸā}図 5~
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（ 1）
電子技術ivol.43, no.5, 2001, p.22-25.
西川幸廣ñÁiZVS 方式ĢčĬĪŜę電源iĺŘsđŕ
（ 2）
ĘıŖĴĘĢ研究会論文誌ivol.25, no.2, 2000, p.153-159.
五十嵐征輝ñÁiĦľıĢčĬĪŜę方式ŇŔĪĪĬŀĺ
（ 3）
ŘsİĹčĢi電気学会産業応用部門大会i1999, no.288.
太田裕之h寺沢徳保i電源用ŇŔĪĪĬŀĺŘsİĹč
（ 4）
i富士時報ivol.75, no.10, 2002,
ĢM-POWER 2 Ġœsģ
p.585-588.
（ 45 ）
特 集
型 名
MOSFET
（Q1，Q2）
富士時報 6OL.O
256 ビット PDP アドレスドライバ IC
特 集
野見山 貴弘}äõúôeÕÁèă~
川村 一裕}ÁąöÿeÁÐèă~
佐藤 憲一郎}ËÞ¼eÇĉº×ă¼~
āÉÞÂ理想ݸāgÍÁÍàÂÿÉäĢčĬĪŜę時間
まえがき
å速ÏÄāÞ EMI}Electromagnetic Interference~悪化
PDP}Plasma Display Panel~įŕļú液晶įŕļàß
ä問題¸Āh遅ÏÄāÞ誤発光Ĉ起ÉÏÕ÷h＋
− 10 ns
ä薄型įŕļ市場å急速á成長ÍÜÀĀhÓä中Ýø高解
以下ä精度Ýä回路設計Â必要ÞËĂāg
像度įŕļîä需要Â急激á増加Íܺāg近年各 PDP
ŊsĔsåh大型ĺĶŔú高解像度ĺĶŔä製品化á成功
PDP アドレスドライバ IC 技術
ÍܺāÂh今後液晶įŕļÞä競争åôÏôÏ激ÍÅà
ĀhPDP įŕļá対ÍÜåhþĀ一層ä低価格化h低消
.
プロセス・デバイス技術
費電力化h高品質化Â要求ËĂܺāg
第四世代ä PDP ċIJŕĢIJŒčĹ IC å 0.6 m ŔsŔ
ÉĂÿä要求á応¾āÕ÷äĖsİĹčĢä一Úáhĺ
ä微細加工Ĉ用ºh3 層ŊĨŔ配線ŀŖĤĢĈ採用Íܺ
ĶŔä発光Ĉ直接制御Ïā PDP ċIJŕĢIJŒčĹ IC Â
āgôÕh高圧部áå埋込õđĽĨĖĠŌŔďĐsĸĈ用
¸āgċIJŕĢIJŒčĹ IC å PDP ä縦方向ä電極Ĉ制
ºÕ pn 接合分離技術Ĉ適用ÍhCDMOS}Complementary
御ÏāÕ÷使用個数Â多Åh1 ĺĶŔ¸ÕĀ 10 個以上ä
Double-diffused Metal-Oxide-Semiconductor~ İ Ĺ č Ģ
IC Â使用ËĂܺāgÉäÕ÷ IC ä出力数Ĉ増加ËÑh
Ĉ形成ÍܺāgÉĂáþĀ SOI}Silicon On Insulator~
IC ä使用個数Àþé周辺回路ä部品削減áþā PDP ä低
分離技術Þ比ïÜĜĢı低減á成功ÍܺāgôÕhPDP
ĜĢı化Â強Å要求ËĂܺāg
ċIJŕĢIJŒčĹ IC Ýå高圧部ÂĪĬŀ面積ä 50 % 以
ÉĂôÝá富士電機Ýåh第四世代ôÝä PDP ċIJ
上Ĉ占÷āÕ÷h小型ä高圧素子Â必要不可欠ݸāgÉ
ŕĢIJŒčĹä技術Ĉ確立Íh192 ļĬı出力ä IC Ĉ製
Ăá対ÍÜåĪŌĶŔ領域形成法ä改良úĪŌĶŔ長ä縮
（ 1）
∼（ 4）
品化ÍÜÃÕg本稿Ýåh第四世代技術ĈłsĢÞÍÕ
小àßáþĀh第四世代äøäå従来Þ比ïÜ PMOS}p
PDP ċIJŕĢIJŒčĹ IC 技術áÚºÜ述ïhÓĂÿä技
ĪŌĶŔ MOS~
hNMOS}n ĪŌĶŔ MOS~Þøá 10 %
術Ĉ適用ÍÜ 256 ļĬı出力Ĉ実現ÍÕFCE3273Kä
以上ä小型化Ĉ達成Íܺāg
概要áÚºÜ紹介Ïāg
.
回路技術
図 1 áċIJŕĢIJŒčĹ IC ä出力部ä模式図Ĉ示Ïg
PDP アドレスドライバ IC の特徴
ċIJŕĢ期間中áċIJŕĢIJŒčĹ IC å PDP ä電極容
PDP ä動作å大ÃÅ分ÇÜċIJŕĢ動作hĞĢįčŜ
量Ĉ充放電ÍhH ŕłŔôÕå L ŕłŔĈ選択ÏāgÉ
動作hœĤĬı動作ä三Ú¸āgÉä¼×ċIJŕĢIJ
ä容量å隣接Ïā電極間ä寄生容量Ĉ含öÕ÷h隣接電極
ŒčĹ IC åċIJŕĢ動作時á出力ļĬı数á等ͺ数ä
ä状態áþÙÜ見ÁÇ上ä負荷Â変動ÏāgÚôĀh表示
İsĨĈ取Ā込õhIC 内ÝİsĨĈ転送ÍÕ後á H ŕ
Ïā画面áþÙÜ負荷Â 2 v 3 倍ä範囲Ý変動Ïāg特á
łŔôÕå L ŕłŔĈ出力ÍÜ発光Ïā画素Ĉ指定Ïāg
全出力ļĬıÂ同Î状態ÝĢčĬĪŜęÏā軽負荷時ä
実動作電圧å約 70 V ݸĀh1 出力¸ÕĀ 50 v 100 mA
動作ä際áå出力電圧Â急激á立×上ÂāÕ÷h多量äĢ
ä電流Â必要ÞËĂāgPDP ċIJŕĢIJŒčĹ IC ä最ø
čĬĪŜęķčģĈ発生ÏāgÉäĢčĬĪŜęķčģå
重要à特性ä一ÚÞÍÜhĢčĬĪŜę時間}出力電圧
EMI Ĉ悪化ËÑhËÿáå IC ä誤動作Ĉ引Ã起ÉÏÉÞ
ä立上Āj立下Ā時間~Â挙ÈÿĂāgċIJŕĢ動作åĺ
¸āg出力ļĬı数Â増加Ïāñß IC 1 個Áÿ生Îā
ĶŔä輝度á寄与ÍàºÕ÷hċIJŕĢIJŒčĹ IC äĢ
ķčģå増加ÏāÕ÷h多出力化Ïā際áå対策Â必要Þ
čĬĪŜę時間å短ÅÍhĞĢįčŜ動作ä時間Ĉ長ÅÞ
àāg
野見山 貴弘
（ 46 ）
川村 一裕
佐藤 憲一郎
CMOSIC ä開発á従事g現在h富
CMOSIC ä開発á従事g現在h富
CMOSIC ä開発á従事g現在h富
士電機İĹčĢįĘķŖġs株式
士電機İĹčĢįĘķŖġs株式
士電機İĹčĢįĘķŖġs株式
会社半導体事業本部情報j電源事
会社半導体事業本部情報j電源事
会社半導体事業本部情報j電源事
業部技術開発部gSID 会員g
業部技術開発部g
業部技術開発部g
富士時報 6OL.O
256 ビット PDP アドレスドライバ IC
ÉĂá対ÍÜh富士電機Ýåěsıä充放電電流制御
主流ÞàÙÜÀĀhIC äŕčċďıä際å TCP äĜĢı
（ 4（
）5）
ôÝ考慮ÍÕŕčċďı設計Â必要ݸāgĪĬŀä出力
端子ä配置ÞÍÜ従来ôÝå出力端子Â片側ÖÇá並ìĢ
āg図 2 áÉä技術Ĉ用ºÕ出力回路ä一例Ĉ示Ïg図中
œʼnĨčŀh出力端子ÂĪĬŀ両側á並ì 2 列ĨčŀÞ呼
ä出力 P1 äěsı−ĦsĢ間容量ä充電時間Ĉ遅ÿÑā
æĂā配置Â主流ݸÙÕg今回å上記 2 Ĩčŀä欠点Ĉ
Õ÷hN2 ä飽和電流値Ĉ最適化ÍܸāgÉäÉÞáþ
克服ÏāÕ÷h新規áĤňĢœʼnĨčŀäŕčċďıĈ
Ā出力立上Ā時á急激á出力電流Â流ĂāÉÞĈ抑¾hķ
採用ÍÕg図 5 áÉäĨčŀä概略ŕčċďıĈh図 6 á
čģĈ低減Íܺāg図 3 á電流制御àÍ品}192 ļĬı
TCP 実装時ä模式図Ĉ示ÏgÉäĨčŀÝå出力端子Â
出力~
h図 4 á電流制御¸Ā品áÚºÜ模擬的á PDP ä負
ĪĬŀ長手方向ä両側á配置ËĂh入力端子Àþé電源j
荷Ĉ想定ÍÕ実験ä結果Ĉ示Ï}全ļĬıĢčĬĪŜę波
GND 端子åĪĬŀ中央部á集中ÍÜ配置ËĂܺāg 表
（ 4）
（ 5）
形~
g図 3 äķčģ対策àÍ品Ýå出力電圧波形å急激à
１á各ŕčċďıĨčŀä特徴áÚºÜ示Íh以下áĤň
電位変化Â起ÉĀh波形äèÐõÂ観測ËĂܺāg一方h
ĢœʼnĨčŀä長所áÚºÜ述ïāg
ěsı電流制御¸Ā品á関ÍÜå 256 ļĬı出力ݸāá
øÁÁąÿÐh出力ä電位変化Â緩úÁÝh波形äèÐõ
図
ゲート充放電電流制御なし品のスイッチング波形
øñÞĉß観測ËĂܺàºg
Éä技術å出力電圧ä立下Ā時áø応用ËĂÜÀĀhÉ
VDH（70 V）
ĂÿáþĀĢčĬĪŜęķčģ低減Ĉ実現Íܺāg
.
レイアウト技術
PDP ċIJŕĢIJŒčĹ IC å量産時ä取扱º利便性hĜ
波形のひずみ
Ģıä点Áÿ TCP}Tape Carrier Package~îä実装Â
出力電圧
図
GND
PDP アドレスドライバ IC の動作
VDH
（出力部電源）
隣接電極間容量
出力端子
P1
C par- n
充電
PDPの電極容量
図
ゲート充放電電流制御あり品のスイッチング波形
VDH（70 V）
N1
放電
C par- n ＋1
アドレスドライバIC
出力部（1出力ビット）
Cn
PDP部
（1アドレスライン）
出力電圧
GND
図
ゲート充放電電流制御回路
VDH
CGS
P4
P3
P2
図
P1
出力
セミスリムタイプの概略レイアウト
高圧
GND配線
出力1ビット
出力部
ロ
ジ
ッ
ク
回
路
N4
N3
N2
N1
Cn
電極容量
レベルシフト回路
出力部
入力端子
出力部
高圧GND端子
（ 47 ）
特 集
技術Ĉ確立ÍÕgÉĂåĢčĬĪŜęķčģÂ最ø発生Í
úϺh出力電圧ä変化ä初期段階á着目ÍÕ対策ݸ
富士時報 6OL.O
図
256 ビット PDP アドレスドライバ IC
TCP 実装時の模式図
図
寄生電流経路
VDH
特 集
出力側
寄生PNP
トランジスタ
P1
サージ電流
L
IC
出力
N1
GND
VDH-GND間
寄生電流
入力側
表
図
各レイアウトタイプの特徴
レイアウトタイプ
チップコスト
TCP長さ
（∝コスト）
TCPの
GND本数
ス リ ム
1.00
1.00
3本
2 列
0.85
1.23
2本
セミスリム
0.85
1.00
3本
FCE3273K のチップ外観
出力200
出力201
出力57
出力256
※チップコスト，TCP長さは相対比
出力1
入力端子
＆
電源・GND端子
出力56
ĪĬŀĞčģä小型化
（ 1）
ĢœʼnĨčŀÝåhĪĬŀä入力側ä長手方向á入力端
.
寄生電流対策技術
子Âôæÿá配置ËĂāÕ÷öÖà領域Â多ÅàĀhĪĬ
PDP IJŒčĹ IC å動作中á高電圧j大電流äĞsġÂ
ŀĞčģÂ大ÃÅàāÞº¼問題¸ÙÕgÉĂá対ÍÜ
ÍæÍæ印加ËĂāÂhÉä際áø IC Â破壊ÑÐhÓä
ĤňĢœʼnĨčŀÝåh入力端子Â集中ÍÜ配置ËĂܺ
後ø正常á動作ÏāÉÞÂ必要ÞËĂāg例¾æ PDP ä
āÕ÷素子間äöÖà領域Â少àºgÉäÕ÷ĢœʼnĨč
動作中á異常放電Â起Ãh 図 7 äþ¼á PDP ċIJŕĢIJ
ŀä IC Þ比較ÍÜ 15 % 程度äĪĬŀ小型化Â可能ݸ
ŒčĹ IC ä出力þĀ電源á向ÁÙÜ最大 1 A 程度äĞs
Āh2 列ĨčŀäøäÞ同等äĪĬŀĞčģĈ実現ÝÃāg
ġ電流Â流ĂāÉÞ¸āgPN 接合分離Ý IC Ĉ作製Ï
TCP}Tape Carrier Package~ä小型化
（ 2）
TCP ä長ËåĜĢıá直接関係ÏāÕ÷hPDP ä実装
ā場合h上側 p ĪŌĶŔ MOSFET å寄生 PNP Ĺčņs
ŒıŒŜġĢĨĈ含öÕ÷h上述ÍÕ経路Ý電流Â流Ăā
可能範囲内Ý短ºñ¼Âþºg2 列ĨčŀÝåĪĬŀä
際á出力Áÿ高圧電源Ĉ経由ÍÜ GND î寄生電流Â流Ă
ĘŒĬĘĈ防止ÏāÕ÷áĪĬŀä長手方向Ĉ TCP œs
ÜÍô¼gÉäÕ÷hĹčņsŒıŒŜġĢĨä電流増幅
Ŕä巻取Ā方向Þ垂直á配置ÍàÇĂæàÿàºÕ÷h
率}Hfe~ä値Â大ú場合h電源− GND 間î大量ä電流
TCP ä長ËÂ必然的á長ÅàāÞº¼問題¸ÙÕgÉ
Â瞬時á流Ăh破壊á至ÙÜÍô¼gSOI 分離構造ä場合
Ăá対ÍÜĤňĢœʼnĨčŀÝåhĢœʼnĨčŀÞ同程度
áåÉä寄生電流å問題ÞåàÿàºÂhďĐsĸÂ高価
ä TCP 長ËĈ実現ÝÃāg
ݸāÕ÷hĜĢıċĬŀÞàÙÜÍô¼g
GND 配線ä強化
（ 3）
Éä問題á対ÍÜ富士電機Ýåh高濃度拡散層Àþé独
PDP ċIJŕĢIJŒčĹ IC å過渡的á 5 A 以上ä電流Ĉ
自äŕčċďı技術áþĀ PN 接合分離方式ݸāáøÁ
流ÏÕ÷hIC 内ä配線抵抗Â起因ÍÜ誤動作Ĉ起ÉÏÉ
ÁąÿÐ Hfe Ĉ 5 % 以下á低減ÍܺāgÉĂáþĀĞs
Þ¸āg高圧 GND 配線ä配線抵抗Ĉ抑¾āÕ÷áå配
ġ耐量åh1 出力¸ÕĀ 2 A 以上Þ高º破壊耐量Ĉ実現Í
線Ĉ太ÅÏĂæþºÂh単純áÓĂÖÇÝåĪĬŀĞčģ
ܺāg
Â大ÃÅàāÕ÷hŕčċďıÝä工夫Â必要ݸāg
TCP å多層配線ä実装法ÝåàºÕ÷h2 列ĨčŀÝ
PDP アドレスドライバ IC「FCE3273K」へ
å GND 配線ä両端Áÿ GND 端子Ĉ取Ā出ÍܺÕg一
の適用
方ÝhĤňĢœʼnĨčŀäŕčċďıÝå GND 配線ä両
端Àþé中央部Áÿ計三Úä GND 端子Ĉ TCP á引Ã出
ÏÉÞÂÝÃāÕ÷h配線抵抗Ĉ抑¾āÉÞÂÝÃh誤動
作抑制á効果的ݸāg
.
製品の概要
É Ă ô Ý á 述 ï Õ 技 術 Ĉ 搭 載 Íh 多 出 力 化j 低 価
格 化j 高 品 質 化 Ĉ 実 現 Í Õ PDP ċ IJ ŕ Ģ IJ Œ č Ĺ IC
FCE3273KáÚºÜ製品ä外観Ĉ 図 8 á示Ïg以下á
（ 48 ）
富士時報 6OL.O
図
256 ビット PDP アドレスドライバ IC
āÕ÷hİsĨä入力å 8 ļĬıĺŒŕŔ入力ÞÍܺāg
FCE3273K のブロック図
ÓäñÁå 256 ļĬı双方向ĠľıŕġĢĨ回路hŒĬĪ
回路h全ļĬı出力制御用äěsı回路Ĉ備¾h低消費電
VDD2
力Ĉ実現ÍÕŕłŔĠľı回路Ĉ備¾Üºāg
O1
入
力
端
子
入
力
バ
ッ
フ
ァ
回
路
シ
フ
ト
レ
ジ
ス
タ
回
路
ラ
ッ
チ
回
路
ゲ
ー
ト
回
路
レ
ベ
ル
シ
フ
ト
回
路
àÀh図 9 äŕłŔĠľı回路áå本稿Ý紹介ÍÕ出力
ěsı充放電電流制御技術Â含ôĂܺāg
GND
高
耐
圧
出
力
端
子
あとがき
富士電機Ýå PDP ċIJŕĢIJŒčĹ IC áÚºÜh低
O256
価格化j高品質j高機能化Ĉ促進Ïā技術Ĉ確立ÍÜÃ
Õg今回紹介ÍÕ多出力化Àþéŕčċďı技術åh周辺
回路j部材ôÝ含÷Õ低価格化ä一例ݸāÂh今後ø
IC 単体ÖÇÝàÅ PDP 全体ÞÍÜ価値向上Ĉ促進ÏāIJ
ŒčĹ IC Â必要ÞËĂܺāg富士電機ÝåÉĂÿä要
製品ä概要Ĉ紹介Ïāg
256 ļĬı高耐圧ŀĬĠŎŀŔ出力
（ 1）
求á応¾ā製品Ĉ速úÁá供給Íh薄型įŕļ市場Ýä
PDP ä普及ĈËÿá加速ËÑܺÅ所存ݸāg
最大定格}高圧電源~
k90 V
（ 2）
出力電流k− 52 mA/＋ 35 mA}ĦsĢ/ĠŜĘ~
（ 3）
高速İsĨ転送k60 MHz}ĘŖĬĘ周波数~
（ 4）
3.3 Vh5.0 V CMOS 入力čŜĨľĐsĢ
（ 5）
8 ļĬıĺŒŕŔİsĨ入力
（ 6）
ĘŖĬĘäĠŜęŔđĬġhĩĿŔđĬġ切替hÀþ
（ 7）
é双方向切替ĠľıŕġĢĨ
TCP 用金ĹŜŀ電極
（ 8）
ĤňĢœʼnĨčŀĪĬŀ形状
（ 9）
ôÕhĪĬŀ面積Ĉ出力ļĬı数Ý割ÙÕ値ÞÍÜå
2
0.067}mm /bit~ݸĀh従来äĢœʼnĨčŀ型第四世代
機種Þ比較ÍÜ 15 % ä小型化Ĉ実現Íܺāg
参考文献
野口晴司ñÁi第二世代 PDP ċIJŕĢIJŒčĹ ICh富士
（ 1）
時報ivol.74, no.10, 2001, p.574-577.
Meguro, K. et al. Advances of Driver IC Technique for
（ 2）
02. PDP6-1.
PDP. International Display Workshop ’
多田元ñÁiPDP ċIJŕĢIJŒčĹ IC 技術i富士時報i
（ 3）
vol.76, no.3, 2003, p.172-174.
川 村 一 裕 ñ ÁiPDP ċ IJ ŕ Ģ IJ Œ č Ĺ ICi 富 士 時 報i
（ 4）
vol.78, no.4, 2005, p.299-302.
Nomiyama, T. et al. New 256-ch PDP Address Driver
（ 5）
IC with Reducing Switching Noise. International Display
05, vol.1, p.453-456.
Workshop ’
.
回路構成
図 9 á本製品äĿŖĬĘ図Ĉ示Ïg256 ļĬı出力ݸ
（ 49 ）
特 集
VDD1
富士時報 6OL.O
多出力 PDP スキャンドライバ IC
特 集
清水 直樹}ÍõÐeàÀÃ~
小林 英登}ÉæúÍeèÝÞ~
まえがき
図
PDP モジュールの構成
ア
ド
レ
ス
ド
ラ
イ
バ
I
C
ÉÉ数年h家庭用įŕļ市場áÀºÜåh薄型įŕļÂ
急速á普及ÍܺāÂhÓĂĈ牽引}Çĉºĉ~Íܺā
ä PDP}Plasma Display Panel~įŕļÞ液晶įŕļÝ
¸āg従来å PDP įŕļÂ 40 čŜĪ以上ä大画面h液
晶įŕļÂ小˺画面Þº¼þ¼áÏõ分ÇËĂܺÕÂh
最近å液晶įŕļø大画面市場á進出ÍhPDP įŕļÞ
ア
ド
レ
ス
ド
ラ
イ
バ
I
C
ア
ド
レ
ス
ド
ラ
イ
バ
I
C
ア
ド
レ
ス
ド
ラ
イ
バ
I
C
ア
ド
レ
ス
ド
ラ
イ
バ
I
C
ア
ド
レ
ス
ド
ラ
イ
バ
I
C
スキャンドライバ IC
ä競争å激ÍËĈ増ÍܺāgôÕh地上İġĨŔ放送
スキャンドライバ IC
ä普及úhěsʼn機器hDVD}Digital Versatile Disk~Þ
ºÙÕ製品ä普及áþĀh大画面化ÖÇÝàÅ高画質h低
スキャンドライバ IC
PDP
価格h低消費電力ÞºÙÕÉÞÂ要求ËĂܺāg
PDP ÝåĺĶŔä周辺回路Â占÷āĜĢı比率Â高Åh
サ
ス
テ
イ
ン
回
路
スキャンドライバ IC
PDP Ĉ駆動ÏāIJŒčĹ IC á対Ïā低価格化要求å年々
厳ÍÅàÙܺāgôÕIJŒčĹ IC åĺĶŔä発光Ĉ制
御ÏāÕ÷hIJŒčĹ IC ä性能 PDP ä性能á直接影
Ĉ励起ËÑÜ発光Ïāg
響Ĉ及òÍܺāgÓäÕ÷hĺĶŔá多Å使用ËĂܺ
図 1 á PDP ŋġŎsŔä構成Ĉ示ÏgĢĖŌŜIJŒč
āIJŒčĹ IC á対ÍÜå低ĜĢı化Þ高性能化Â常á求
Ĺ IC åĺĶŔä水平電極Ĉ駆動ÍhĺĶŔ内部ä放電Ĥ
÷続ÇÿĂܺāg
ŔĈ一括ÍÜ制御ÍܺāgĺĶŔä種類áþÙÜ IC ä
PDP IJŒčĹ IC áåh走査線Ĉ選択ÏāĢĖŌŜIJŒ
使用数åËôÌôݸāg一般á HD}High Definition~
čĹ IC ÞİsĨĈ選択ÏāċIJŕĢIJŒčĹ IC ä 2 種
対応Þ呼æĂāĺĶŔå画面Ĉ構成Ïā垂直画素数 720
類¸Āh富士電機ÝåhÓä 2 種類äIJŒčĹ IC Ĉ開
以上äøäĈººh出力本数 64 ļĬıäĢĖŌŜIJŒ
（ 1）
発Íܺāg本稿Ýåh高輝度化hĜĢıĩďŜĈ目的Þ
čĹ IC å 12 個使用ËĂܺāgôÕhĸčļġŐŜ放
ÍÜ開発ÍÕ 96 ļĬıĢĖŌŜIJŒčĹ IC áÚºÜ紹
送ä美ÍËĈÓäôô表現ÝÃā画素数 1,920 × 1,080 ä
介Ïāg
ĺĶŔĈľŔ HD Þ呼ĉݺāgľŔ HD 対応ĺĶŔ}垂
直画素数Â 1,080 以上~Ýåh従来ä 64 ļĬıäĢĖŌ
ŜIJŒčĹ IC å 18 個使用ÍàÇĂæàÿàºg
PDP スキャンドライバ IC の特徴
PDP å 2 枚ä重àĀ合ÙÕĕŒĢä間á NehXe àß
PDP スキャンドライバ IC 技術
ä混合希ĕĢĈ封入Íh2 枚äĕŒĢä横方向á表示用Ğ
ĢįčŜ電極h縦方向á表示İsĨä書込õĈ選択Ïāċ
.
デバイス・プロセス技術
IJŕĢ電極ĈŇıœĬĘĢ状á配置ÏāgÉäċIJŕĢ電
ĢĖŌŜIJŒčĹ IC å SOI}Silicon on Insulator~方
極ÞĞĢįčŜ電極Þä交点Â PDP ä単一ĤŔÞàāg
式誘電体分離技術Ĉ採用ÍܺāgÓĂåh素子分離面積
ċIJŕĢ電極ÞĞĢįčŜ電極Þä間ä対向放電áþĀ
Ĉ狭ÅÝÃ適用素子á制限ÂàºÞº¼点Ýh高耐圧j大
表示ÍÕºĤŔä選択Ĉ行ºhĞĢįčŜ電極間ä面放電
電流j多出力ÞºÙÕ特徴Ĉ備¾ÕĢĖŌŜIJŒčĹ IC
Ĉ行¼gÓä放電áþĀ発生ÍÕ紫外線Â各ĤŔä蛍光体
áåhĜĢıÞ性能ä面Áÿ最適ÖÁÿݸāg多出力ä
（ 2）
清水 直樹
小林 英登
IJŒčĹ IC ä開発á従事g現在h
IJŒčĹ IC ä開発á従事g現在h
富士電機İĹčĢįĘķŖġs株
富士電機İĹčĢįĘķŖġs株
式会社半導体事業本部情報j電源
式会社半導体事業本部情報j電源
事業部技術開発部g
事業部技術開発部ŀœŜĠĺŔđ
ŜġĴċgSID 会員g
（ 50 ）
富士時報 6OL.O
多出力 PDP スキャンドライバ IC
ĢĖŌŜIJŒčĹ IC åh出力回路部ÂĪĬŀ面積全体ä
ä電流Â流Ăāg
5 割以上Ĉ占÷āÕ÷hIC äĜĢıĩďŜĈ目的ÞÍÕ
ĞĢįčŜ期間
（ 3）
約 180 V ä電圧ÝĞĢįčŜ回路Þ交互á印加ËĂhċ
部ä占有面積縮小ݸāgÓÉÝh大電流Â必要àĢĖŌ
IJŕĢ期間á選択ËĂÕĤŔå繰Ā返ËĂāĺŔĢÝ放電
Ŝ IJ Œ č Ĺ IC åhMOS}Metal-Oxide-Semiconductor~
Ĉ持続Ïāg放電ä電流Ĉ N1}IGBT~Þ D1}ĩčēs
ÝåàÅh小˺面積Ýø大電流Ĉ流Ñā IGBT}Insu-
IJ~ä両İĹčĢÁÿ供給ÍhÉä放電ä繰返Í回数Ý階
lated Gate Bipolar Transistor~Ĉ使用Íܺāg今回ä
調表示Ĉ行¼g
ĢĖŌŜIJŒčĹ IC å従来製品þĀø耐圧Â高ÅhēŜ
抵抗Â低º SOI-IGBT İĹčĢĈ搭載ÍܺāgēŜ抵
抗Ĉ低ÅÏāÉÞÝ動作時ä発熱Ĉ抑¾āÉÞÂÝÃh耐
圧Ĉ上ÈāÉÞÝ高輝度化á対応Íܺāg
.
SGC 技術
IGBT å大電流Ĉ流Í続ÇāÞ発熱áþÙÜŒĬĪċĬ
ŀ動作Ĉ起ÉÍhİĹčĢÂ破壊ÏāÞº¼問題¸āg
特áĜĢıĩďŜäÕ÷áİĹčĢĈ縮小ÍhİĹčĢä
.
回路技術
電流密度Ĉ上ÈāÞ破壊ÍúÏÅàāgÓä要因ÞÍÜ考
ĢĖŌŜIJŒčĹ IC ä主à動作Þ出力段回路Ĉ図 2 á
¾ÿĂāäÂh異常放電áþā過負荷短絡状態ú出力端子
示ÏgPDP Ýå 1 画面Ĉ表示ËÑāÕ÷áåh初期化期
間短絡àßä異常動作ݸāgİĹčĢÖÇÝ異常動作Í
間hċIJŕĢ期間hĞĢįčŜ期間¸āgĢĖŌŜIJŒ
Üø壊Ăàºþ¼áÏāÞhİĹčĢ面積Â大ÃÅàĀ
čĹ IC ä主à動作ÞÍÜåċIJŕĢ動作ÞĞĢįčŜ動
ĜĢıÂ高ÅàÙÜÍô¼gÓÉÝh放電時ä電流Â必要
作¸āg以下á動作áÚºÜ簡単á説明Ïāg
à期間å多Åä電流Ĉ流ÏÉÞÂÝÃh必要äàº期間å
初期化期間
（ 1）
流Ñā電流Ĉ抑¾ā回路}SGCkSmart Gate Control~Ĉ
（ 3）
初期化期間ÝåhċIJŕĢ期間Ýä壁電荷ä生成Ĉ安定
考案Í適用ÍÕgSGC ä動作ĈĘŖĬĘ信号á同期ÍÜ
ÍÜ行¾āþ¼áh約 350 V äĺŔĢĈ印加Ïāg印加Ë
制御ÏāÉÞÝh多出力İĹčĢä制御回路Ĉ共通化ÝÃh
ĂÕ電圧áþĀ種火放電Ĉ起ÉÍh壁電荷Ĉ消去ËÑāg
制御回路ä小型化Â可能Þàāg
ċIJŕĢ期間
（ 2）
隣接出力端子間Ĉ短絡ËÑÕÞÃä波形Ĉ図 3 á示Ïg
ċIJŕĢIJŒčĹ IC äĺŔĢÞĢĖŌŜIJŒčĹ IC
SGC Âàº場合h短絡中á電流Â流Ă続ÇāäÝh短絡
äĺŔĢÞä組合ÑáþĀĤŔä選択j非選択Ĉ行¼g選
時間Ĉ長ÅÍÕĀh電圧Ĉ上ÈÕĀÏāÞ発熱áþĀ破壊
択 ä 場 合 å N1}IGBT~ Â ē Ŝh 非 選 択 ä 場 合 å N2
ÍÜÍô¼gÍÁÍhSGC ¸ā場合åh一定時間Ĉ過
}IGBT~ÂēŜÍÜ波形Ĉ出力Ïāg選択ËĂÕĤŔå
ÄāÞ電流Â流ĂàÅàāäÝh短絡時間Ĉ長ÅÍÜøh
N1}IGBT~Ĉ通ÍÜ大電流Ĉ流Íh予備放電Ĉ行¼gÉ
電圧Ĉ¸ā程度ôÝ上ÈÜø破壊ÍàºÕ÷hİĹčĢä
äÞÃhċIJŕĢIJŒčĹ IC áå約 70 V ä電圧Â印加Ë
電流密度Ĉ上ÈāÉÞÂÝÃ小型化Â可能ÞàÙܺāg
ĂhĢĖŌŜIJŒčĹ IC áå 1 走査線¸ÕĀh1 A 以上
Éä SGC å短絡破壊á至āôÝä時間Ĉ長ÅÏāÉÞÂ
ÝÃh短絡破壊ÏāôÝáēľÏāÉÞÝh短絡ľœsá
図
ÏāÉÞÂÝÃāg
スキャンドライバ IC の動作
スキャンドライバ IC
図
隣接出力端子間の短絡波形
スキャンドライバ IC
スキャンドライバ IC
隣接出力端子間短絡
サステイン回路
アドレス期間
サステイン期間
短絡時の出力波形
N2（IGBT）
レベル
シフタ
アドレス期間時
電流経路
サステイン期間時
電流経路
短絡間の電流（SGCなし）
保護回路（SGC）
N1（IGBT）
SGC
短絡間の電流（SGCあり）
D1（ダイオード）
保護回路（SGC）
（ 51 ）
特 集
IC ĪĬŀä面積縮小Ĉ実現Ïā最大ä手段Âh出力回路
富士時報 6OL.O
多出力 PDP スキャンドライバ IC
出力動作電圧k30 v 150 V
（ 3）
PDP スキャンドライバ IC（FD3298F）への
ŖġĬĘ電圧k5 V
（ 4）
IJŒčĿ電流k− 0.4 A/ ＋ 1.4 A}ĦsĢ/ĠŜĘ~
（ 5）
特 集
適用
ĩčēsIJ電流k− 1.4 A/ ＋ 1.2 A}ĦsĢ/ĠŜĘ~
（ 6）
PDP įŕļä大画面化j高精細化j低価格化Â進öá
ÚĂÜhIJŒčĹ IC áå高耐圧化j大電流化j低価格化
外 形kTQFP128 Ľ Ŝ đ Ę Ģ ņ s ģ IJ ĺ Ĭ IJ
（ 7）
}E-PAD~
Â要求ËĂܺāgÉĂÿä要求á応¾āÕ÷áh多出力
á着目Íh今回h同ÎİĹčĢĞčģÝ耐圧ĈċĬŀËÑh
.
回路構成
表１á示Ïþ¼á HD ĺĶŔáÀºÜhÓä使用個数Ĉ従
図 4 áĿŖĬĘ図Ĉ示Ïg回路構成å 96 ļĬı双方向
来ä 12 個Áÿ 8 個á削減可能ÞÍÕ 96 ļĬıĢĖŌŜ
ĠľıŕġĢĨ回路h96 ļĬıŒĬĪ回路hİsĨĤŕ
IJŒčĹ IC Ĉ開発ÍÕgľŔ HD ĺĶŔáÀºÜøh64
Ęı回路h96 ļĬıä出力回路Áÿ構成ËĂāg出力回
ļĬıàÿ 18 個ä IC Ĉ使用ÏāÂh96 ļĬıàÿ 12 個
路åĺĶŔä放電ĤŔĈ充放電ËÑāÕ÷áh二Úä高耐
á削減ÝÃhĜĢıĩďŜÂÝÃāg96 ļĬıĢĖŌŜ
圧İĹčĢáþÙÜ構成ËĂāısįʼnņsŔ出力回路Â
IJŒčĹ ICFD3298FáÚºÜ以下á紹介Ïāg
並列á採用ËĂܺāg誤動作Ĉ防止ÏāÕ÷áhĠľı
ŕġĢĨä方向Ĉ決定Ïā A/B 信号端子以外áåhĠŎ
.
特 徴
ňĬı回路Â挿入ËĂܺāgôÕŖġĬĘ出力åhĘ
主à特徴å次äÞÀĀݸāg
ŖĬĘ信号á対ÍÜ立下Ā出力ÞàÙܺāg
96 ļĬı双方向ĠľıŕġĢĨ}15 MHz Ęœċ機能
（ 1）
付Ã~
絶対最大定格k180 V}高耐圧部~
h7 V}ŖġĬĘ部~
（ 2）
表
図
図
FD3298F と従来品のチップサイズ比較
スキャンドライバICの使用個数
解像度
スキャン
電極数
64ビットIC
使用数
96ビットIC
使用数
SD
（VGA）
480
8
6
HD
（XGA）
720∼768
12
8
フルHD
1,080
18
12
FD3298F のブロック図
従来品 面積比1.0
出力数1.0
FD3298F
面積比1.42
出力数1.5
OC1
OC2
図
LE
FD3298F と従来品の外観
VDH
CLK
DA
CLR
A/B
CLK
Q1
DATA
Q2
Q3
96
ビ
CLR ッ
ト
シ
フ
ト
レ
ジ
ス
A/B タ
セ
レ
ク
タ
LE
Q1
Q2
Q3
L1
DO1
∼
DO48
GND
96
ビ
ッ
ト
ラ
ッ
チ
VDH
セ
レ
ク
タ
DB
DATA Q96
VDL
（ 52 ）
GND
Q96
VDH
L96
VDH
DO49
∼
DO96
GND
従来品
TQFP 100ピン
FD3298F
TQFP 128ピン
富士時報 6OL.O
.
多出力 PDP スキャンドライバ IC
従来の IC との比較
あとがき
čģä比較Ĉ 図 5 á示Ïg従来ä 64 ļĬıĢĖŌŜIJŒ
高耐圧化h低ĜĢı化Ĉ目的ÞÍÜ開発ÍÕ PDP Ģ
čĹ IC þĀøĪĬŀĞčģå 1.42 倍Þ大ÃÅàÙܺ
ĖŌŜIJŒčĹ ICFD3298FáÚºÜ紹介ÍÕg
āÂhļĬı数å 1.5 倍ÞàĀhĪĬŀ数Â減ÿÑāÕ÷h
ÉĂÁÿø市場úĺĶŔŊsĔsä要求áËÿá応¾
従来品þĀø低ĜĢıáàāg
āïÅhĢĖŌŜIJŒčĹ IC äİĹčĢ技術h回路技術h
図 6 áĺĬĚsġä外観Ĉ示Ïg従来ä IC ĺĬĚsġ
ŀŖĤĢ技術ä開発Ĉ進÷ܺÅ所存ݸāg
å TQFP100 ĽŜ}E-PAD~ݸÙÕÂhFD3298F å出
力 96 ļĬıݸāÕ÷ TQFP128 ĽŜ}E-PAD~Ĉ採
用Íܺāg出力ļĬı数Â増¾ÕÉÞÝ発熱Â大ÃÅà
āÞº¼問題¸āÂh従来品þĀēŜ抵抗Ĉ低ÅÏāÉ
ÞÝ動作時ä発熱Ĉ抑¾hE-PAD
ÞĽŜ数Ĉ増úÏÉÞ
ÝĺĬĚsġÁÿä放熱効率Ĉ上Èܺāg
参考文献
小 林 英 登 ñ ÁiPDP Ģ Ė Ō Ŝ IJ Œ č Ĺ ICi 富 士 時 報i
（ 1）
vol.78, no.4, 2005, p.303-306.
澄田仁志ñÁiPDP ĢĖŌŜIJŒčĹ IC 技術i富士時報i
（ 2）
vol.76, no.3, 2003, p.169-171.
Kobayashi, H. et al. PDP Scan Driver IC with Smart Gate
（ 3）
Controlled IGBTs. IDW’
04. PDP3-3.
（ 53 ）
特 集
従来äĢĖŌŜIJŒčĹ IC Þ FD3298F ÞäĪĬŀĞ
富士時報 6OL.O
擬似共振型低待機電力電源制御 IC
特 集
園部 孝二}ÓäïeɼÎ~
打田 高章}¼×ÖeÕÁ¸Ã~
ÏāÉÞÂÝÃhŀœŜĨ用電源ú液晶įŕļ用電源àß
まえがき
ķčģ対策Â必要ÞàāċŀœĚsĠŐŜá適Íܺāg
近年h地球温暖化問題Â注目ËĂh電気製品全般Ýä省
図 1 á 製 品 ä 外 観}DIP-8hSOP-8~ Ĉ 示 Ïg 最 大 発
đĶŔės化Â重要ÞàÙܺāg特á電気製品Ĉ使用Í
振周波数ú過負荷保護動作àßä違ºáþĀ FA5540h
ܺàÅÜøhĜŜĤŜıá接続ËĂܺā状態Ý消費Ë
FA5541hFA5542 ä 3 型式ä系列化Ĉ行ÙÕg特性一覧
Ăā待機電力Ĉ減ÿÏÉÞÂ大Ãà課題ÞàÙܺāg
Ĉ表１áôÞ÷āg図 2 á FA5541 äĪĬŀh図 3 á回路
É ä þ ¼ à 状 況 ä 中h 富 士 電 機 Ý å 商 用 交 流 電 源
}AC100 v 240 V~ Ĉ 直 流 電 源 á 変 換 Ï ā AC-DC Ĝ Ŝ
図
製品の外観
表
FA5540シリーズの特性一覧
ĹsĨ用ĢčĬĪŜę電源ä制御 IC ÞÍÜh低待機電力
化á有効à起動素子内蔵Ĩčŀä系列化Ĉ進÷ÜÃÕg起
動素子内蔵Ĩčŀåh電源ä起動時áh一次側高電圧Áÿ
制御 IC ä動作開始á必要à起動電流Ĉ供給ÍhĢčĬĪ
Ŝę動作開始後å一次側高電圧Áÿä起動電流ĈēľÏā
特徴Ĉ持Úg
現在ôÝá系列化ÍÕ起動素子内蔵Ĩčŀä制御 IC åh
PWM}Pulse Width Modulation~ 制 御 ICFA5516 Ġ
（ 1）
œsģÞ擬似共振型低待機電力電源制御 ICFA5530Ġ
（ 2）
œsģ¸āgÉĂÿä IC ä特徴ÞÍÜh電気製品ä待
機状態ݸā軽負荷時ú無負荷時áhĢčĬĪŜęŖĢĈ
最大スイッチング
周波数制限
過負荷
保護動作
型 式
VCC端子
過電圧レベル
消費電流
今回åhËÿàā電源ä低待機電力化Ĉ実現ÏāÕ÷áh
FA5540
16 V
1.1 mA
60 kHz
自動復帰
軽負荷時ú無負荷時á間欠動作Ïā擬似共振型低待機電力
FA5541
28 V
1.2 mA
120 kHz
自動復帰
電源制御 ICFA5540ĠœsģĈ開発ÍÕäÝhÓä概
FA5542
28 V
1.2 mA
120 kHz
ラッチ
減ÿÏÕ÷発振周波数Ĉ低下ËÑā機能Ĉ備¾Üºāg
要Ĉ紹介Ïāg
図
FA5541 のチップ
製品の概要
.
特 徴
FA5540 Ġœsģåh擬似共振制御方式äĢčĬĪŜę
電源用á開発ÍÕ制御 IC ݸāgAC-DC 電源ä一次側
äĺŘs MOSFET}Metal-Oxide-Semiconductor FieldEffect Transistor~äIJŕčŜ電圧Ĉ補助巻線電圧Ý間接
的á監視ÍhıŒŜĢá蓄積ÍÕđĶŔėsĈ二次側出力
á供給Í終ąÙÕ¸Þäh共振振動ä電圧極小点ÝĨčň
ŜęĈ取ÙÜĺŘs MOSFET ĈēŜËÑāgÉĂáþĀ
ĢčĬĪŜęŖĢĈ低減Íh高効率j低ķčģ化Ĉ容易á
（ 54 ）
園部 孝二
打田 高章
ĢčĬĪŜę電源制御 IC ä開発
ĢčĬĪŜę電源制御 IC ä開発
á従事g現在h富士電機İĹčĢ
á従事g現在h富士電機İĹčĢ
įĘķŖġs株式会社半導体事業
įĘķŖġs株式会社半導体事業
本部情報j電源事業部技術開発部g
本部情報j電源事業部技術開発部g
富士時報 6OL.O
図
擬似共振型低待機電力電源制御 IC
FA5541 の回路ブロック図
図
間欠動作波形
立下りエッジ
検出回路
ワンショット
パルス
発生回路
（205 ns）
内部トリガ
発生タイマ
（5.6 s）
VH
起動電流
制御回路
12.4 V/10.2 V
スイッチング
停止電圧
0.34 V
VCC
低電圧
保護回路
5 V出力
チェック
回路
5 V発生
回路
＋
−
10.2 V/
内部制御用
9V
スイッチング停止
電圧検出
電源
＋
OUT端子
スイッチング
パルス
出力
回路
−
5V
起動電流
供給回路
クリア
リセット 最大スイッチング
周波数制限
8.3 s
5V
（120 kHz）
FB
0.34 V
OUT
50 A
電流比較器
＋
IS
−
1V
ZCD
＋
過電圧検出2
重負荷
−
7.2 V
タイマ
200 ms
1,600 ms
VCC
リセット
−
＋
Q
−
ソフトスタート
電圧発生器
（1 ms）
3.3 V
S
R
−
特 集
FB端子電圧
ZCD
タイマ
ラッチ
（54 s）
＋
−
過負荷検出
軽負荷
過電圧検出1
28 V
GND
áıŒŜĢá蓄積ÍÕđĶŔėsĈhēľ期間á二次側á
ľŒčĹĬĘ電圧ÞÍÜ伝送Íh放出Í終ąÙÕ後hıŒ
図
ŜĢäœċĘĨŜĢÞIJŕčŜ容量ä間Ý共振Ĉ起ÉÍ電
擬似共振動作の説明
圧Â振動Ïāg擬似共振方式åÉĂĈ利用ÍÜIJŕčŜ電
圧Â極小点ôÝ下ÂÙÕĨčňŜęÝĺŘs MOSFET Ĉ
パワーMOSFET
V ds 波形
ēŜËÑāgÉä場合hıŒŜĢĈ流Ăā電流ÂĥŖÝIJ
ŕčŜ電圧Â小˺ÞÃáĢčĬĪŜęÏāÕ÷hĢčĬ
最大発振周波数
制限
8.3 s
（120 kHz）
8.3 s
8.3 s
（120 kHz） （120 kHz）
ZCD端子検出
立下りエッジ信号
OUT端子
スイッチング
パルス
ĪŜęŖĢúķčģĈ低減ÏāÉÞÂÝÃāg
図 4 á擬似共振動作ä説明Ĉ示Ïg一般á擬似共振方式
Ýå負荷Â軽ÅàāÞĢčĬĪŜę周波数Â高ÅàāgĢ
čĬĪŜę周波数Â高ºÞĢčĬĪŜęŖĢÂ増¾効率Â
低下ÏāÉÞú高周波ķčģĈ発生Í機器ä誤動作Ĉ起É
Ïàßä弊害¸āÕ÷h最大ĢčĬĪŜę周波数制限機
能Ĉ制御 IC á設ÇÜhĢčĬĪŜę周波数ÂÓĂ以上高
Åàÿàºþ¼áÍܺāg
ĿŖĬĘ図Ĉ示ÏgIC ä特徴å以下äÞÀĀݸāg
500 V 耐圧ä起動電流供給回路Ĉ内蔵Íh一次側高電
（ 1）
.
軽負荷時・無負荷時動作
圧ä VH 端子Áÿ制御 IC ä電源ݸā VCC 端子á電
軽負荷時ú無負荷時áåhĢčĬĪŜę停止電圧検出
流Ĉ供給Íܺāg
比較器áþĀ FB 端子電圧Â 0.34 V 以下áàāÞĢčĬĪ
電流供給時k7.5 mA}6CC ＝0 V~
g
Ŝę停止Ïāg再é FB 端子電圧Â 0.34 V 以上áàāÞĢ
電流停止時k20 A}6CC ＝15 V~
g
čĬĪŜęĈ再開ÏāgÉä機能áþā間欠動作波形Ĉ図
軽負荷時ú無負荷時áå FB 端子電圧Â低下Íh
0.34 V
（ 2）
5 á示ÏgÉäþ¼á FB 端子電圧åĢčĬĪŜę停止電
以下áàāÞĢčĬĪŜę停止電圧比較器áþĀhĢ
圧Ĉ挟ĉÝēsĹĠŎsıhċŜĩĠŎsıĈ起ÉÏgÉ
čĬĪŜę停止ÏāgÉä機能Ĉ利用ÍÜ間欠動作Ĉ実
äēsĹĠŎsı期間áēŜ幅ä広º連続ĺŔĢĈ出Íh
現Íܺāg
ċŜĩĠŎsı期間áĢčĬĪŜę停止ÏāÉÞÝh周期
高耐圧厚膜ěsı CMOS ŀŖĤĢä採用áþĀh回
（ 3）
ä長º間欠動作Ĉ行Ùܺāg
路構成Â単純化ÝÃh消費電流Â少àºg
制御 IC ä電源端子 VCC ä電圧Â 10.2 V 以上Ý動作
（ 4）
電源回路への応用
開始Íh9.0 V 以下áàāÞ動作停止Ïā UVLO}低電
圧誤動作防止~回路Ĉ内蔵Íܺāg
VCC 端子過電圧ŒĬĪhZCD 端子過電圧ŒĬĪhĦ
（ 5）
ľıĢĨsıh過負荷保護àß各種保護機能Ĉ内蔵ÍÜ
ºāg
.
評価用電源
Éä IC Ĉ使ÙÕĢčĬĪŜę電源ä特性Ĉ説明Ïāg
図 6 á電源回路図Ĉ示Ïg
電源ä主à仕様å以下äÞÀĀݸāg
g
入力電圧kAC 80 v 264 Vh50/60 Hz
.
擬似共振動作
ľŒčĹĬĘĜŜĹsĨåĺŘs MOSFET äēŜ期間
g
出 力kDC19 Vh0 v 5 A}95 W~
g
使用 ICkFA5541}最大周波数 120 kHz~
（ 55 ）
富士時報 6OL.O
図
擬似共振型低待機電力電源制御 IC
評価用電源回路
特 集
Bead C21
D21
2,200 pF
C11
AC80∼
264 V
470 pF
7 mH
L1
C2
R1
1 MΩ
D1
∼ ＋
TH1
C1
R2
1 MΩ
＋
C4
220 F
C3
R3
56 kΩ
C5
2,200
pF
∼ −
F1
3A
0.22 F 470 pF
3,300 F
×3
L21
T1
D22
D2
J2
J1
Q1
パワー
MOSFET
FG
D3
R4
7.5 kΩ
R15
＋
＋
C25
1,000 F
C29
0.022 F
C6
220
pF
R7
4.7 kΩ
R5
10 Ω
＋
C22 C23 C24
＋
PC1
R25
C9
22 pF
C7
1,000
pF
C8
4,700 pF
C28
0.1
F
R27
18 kΩ
C27
10 kΩ 0.01 F
IC21
制御IC
R12
0Ω
GND
R26
200 kΩ
R23
10 kΩ
C26 2,200 pF
D4
100 Ω
R9
PC1
R22
2 kΩ
R8
0.22 Ω
R6
100 Ω
＋19 V
0∼5 A
4.7 F
L22
R28
15 kΩ
1
8
2
7
3
6
N p ：N s ：N sub：57：10：12
4
5
L p ＝360 H
FA5541
＋
2.4 Ω
R14
D5
T1
C10
100 F
R11
100 kΩ
図
定格負荷時のスイッチング波形（入力 AC100 V）
図
OUT端子
スイッチング
パルス
（20 V/div）
0
出力電流 1 A 時のスイッチング波形（入力 AC100 V）
OUT端子
スイッチング
パルス
（20 V/div）
0
パワーMOSFET
ドレイン電圧
（100 V/div）
パワーMOSFET
ドレイン電圧
（100 V/div）
0
4 s/div
0
4 s/div
.
.
最大発振周波数制限
間欠動作
図 9 á AC100 V 入力Ý定格ä 4 % 負荷}出力電流 0.2 A~
定格負荷時}出力電流 5.0 A~äĢčĬĪŜę波形Ĉ図 7
ä動作波形Ĉ示ÏgFB 端子電圧Â低ÅàāÞĢčĬĪŜ
á示ÏgĺŘs MOSFET IJŕčŜ電圧ä共振動作ä極小
ęĈ停止ÍhFB 端子電圧Â高ÅàāÞĢčĬĪŜęĈ再
点Ý OUT 端子ĢčĬĪŜęĺŔĢÂĸč状態áàĀhĺ
開Íh2.8 ms 周期Ý間欠動作Íܺāg 図
Řs MOSFET ÂēŜÏāg次á定格ä 20 % 負荷}出力
入力Ý無負荷時ä動作波形Ĉ示Ïg440 ms ÞËÿá長º
電流 1.0 A~äĢčĬĪŜę波形Ĉ図 8 á示Ïg最大ĢčĬ
周期Ý間欠動作Íܺāg
á AC100 V
ĪŜę周波数制限機能Â働Ãh一Ú目ä共振ä極小点ĈĢ
ĖĬŀÍh二Ú目ä極小点Ý OUT 端子ĢčĬĪŜęĺŔ
.
ĢÂĸč状態áàĀhĺŘs MOSFET ÂēŜÍܺāg
図
（ 56 ）
待機電力特性
á出力電流 0.1 v 2.0 A ä効率Ĉ示Ïg比較äÕ÷
富士時報 6OL.O
図
擬似共振型低待機電力電源制御 IC
出力電流 0.2 A 時の間欠動作波形（入力 AC100 V）
図
軽負荷時の効率（入力 AC100 V）
特 集
100
FB端子電圧
（0.5 V/div）
FA5541
90
効率（％）
0
パワーMOSFET
ドレイン電圧
（100 V/div）
80
FA5531
70
60
0
1 ms/div
50
0
図
0.5
1.0
出力電流（A）
1.5
2.0
無負荷時の間欠動作波形（入力 AC100 V）
図
無負荷時の入力電力特性
FB端子電圧
（0.5 V/div）
160
0
パワーMOSFET
ドレイン電圧
（100 V/div）
入力電力（mW）
140
120
FA5531
100
80
60
FA5541
40
0
100 ms/div
20
0
50
100
同Î電源評価ŅsIJÝ従来機種 FA5531 á載Ñ換¾Õ場合
150
200
250
300
交流入力電圧（V）
ä特性Ĉ示Ïg間欠動作Ïā出力電流 0.8 A 以下ä領域Ý
効率Â大幅á向上ÍܺāÉÞÂ分Áāg
図
á無負荷時ä入力電力特性Ĉ示Ïg比較äÕ÷同
ºgVCC 電圧Â 15 V äÞÃ 7.5 mW 電力削減ÝÃāg
Î電源評価ŅsIJÝ従来機種 FA5531 á載Ñ換¾Õ場合
以上äþ¼áhÉä制御 IC Ĉ使用ÏāÉÞáþĀhĢ
ä特性Ĉ示ÏgAC100 V ä無負荷時入力電力å 48 mWh
čĬĪŜę電源ä低ķčģj高効率化Ĉ実現ÏāÉÞÂ可
AC 240 V ä無負荷時入力電力å 80 mW ݸĀhFA5531
能ݸāg
á比ïÜ無負荷時入力電力Ĉ約 30 % 削減ÍÕgôÕ入力
あとがき
電 圧 ä 全 範 囲}AC 80 v 264 V~ Ýh 無 負 荷 時 入 力 電 力
100 mW 以下Ĉ実現ÍÕg
擬似共振型低待機電力電源制御 ICFA5540Ġœsģ
従来機種 FA5531 þĀhËÿá低待機電力化Ĉ実現ÝÃ
áÚºÜ紹介ÍÕgÉĂÿä IC å低ķčģj低待機電力
Õ主à要因åh次ä二ÚÂ考¾ÿĂāg
Ĉ重視ÍÕĢčĬĪŜę電源á最適ݸāg
間欠動作ä効果
（ 1）
今後ø市場ä低待機電力化ä要求å高ôāÞ考¾ÿĂā
間欠動作Ý FB 端子電圧áēsĹĠŎsıĈÁÇāÉÞ
Õ÷h製品ÊÞä用途á最適化ÍÕ特徴Ĉ持Úh低待機電
áþĀhĺŘs MOSFET äēŜ時間Â長ÅàĀh1 回ä
力対応制御 IC ä系列化Ĉ進÷ܺÅ所存ݸāg
ĢčĬĪŜęÝ二次側出力á供給ÝÃā電力Â大ÃÅÝÃh
ĢčĬĪŜę回数Â少àÅÜ済öÕ÷hĢčĬĪŜęŖĢ
Ĉ低減ÝÃÕg
高耐圧厚膜ěsı CMOS ŀŖĤĢä採用
（ 2）
ÉĂáþĀh回路構成Ĉ単純化ÝÃh制御 IC ä低消費
電流化Ĉ実現ÝÃÕgÉä制御 IC ä動作時消費電流å
参考文献
丸山宏志ñÁi起動素子付Ã低待機電力対応電源 ICi富
（ 1）
士時報ivol.76, no.3, 2003, p.149-152.
丸山宏志ñÁi擬似共振電源制御 ICi富士時報ivol.78,
（ 2）
no.4, 2005, p.294-298.
1.2 mA Ýh従来機種 FA5531 ä 1.7 mA þĀ 0.5 mA 少à
（ 57 ）
富士時報 6OL.O
1 チャネル出力降圧型 DC-DC コンバータ IC
特 集
藤井 優孝}ëκeôËàĀ~
米田 保}þãÖeÕøÚ~
高速負荷応答
（ 1）
まえがき
電流ŋsIJ制御áþĀ高速負荷応答Â可能ÞàĀh大Ã
近年h液晶įŕļúŀŒģŇįŕļàßä薄型įŕļú
DVD}Digital Versatile Disk~ŕĜsĩá代表ËĂāİġ
à負荷変動á対ÍÜ安定á制御可能ÞàÙÕg
電源回路ä小型化
（ 2）
ĨŔ家電製品å低価格化á伴ºh日本市場äõàÿÐŘs
放 熱 性 á 優 Ă Õ 小 型 ä E-pad SOP8}Exposed pad
ŔIJŘčIJÝ急速á普及Â進ĉݺāg薄型įŕļúİġ
Small Out-line Package 8pin~Ĉ採用Íh出力段ĺŘs
ĨŔ家電製品á代表ËĂā電子機器á対ÍÜ小型化j軽
MOS 内蔵äñÁ位相補償部品ä内蔵化áþĀ外付Ç部品
量化ä要求ÂôÏôÏ強ôĀh電源áÀºÜå小型j高出
点数Ĉ低減Íh電源ä小型化Â可能ÞàÙÕg
力j高効率ä要求ÂàËĂܺāgôÕh電子機器ä付加
高出力j高効率
（ 3）
機能増加Ý機器ä動作電流Â増加ÏāÉÞÝh電源áå負
電源電圧Â 9 v 45 V Ý負荷電流Ĉ 1.5 A ôÝ出力Ïā
荷電流ä増大äñÁh負荷急変á対Ïā速º応答性Â要求
ÉÞÂÝÃh電源総合効率å最大Ý 90 % 以上Ĉ実現Ïā
ËĂāg
ÉÞÂÝÃāgÉĂå従来ä富士電機製品Þ比ïÜĺŘs
Éä要求á対Íh富士電機ÝåÉĂôÝø 60 V 耐圧ä
MOSFET äĢčĬĪŜęĢĽsIJä最適化Àþé内部回
出 力 段 ĺ Ř s MOSFET}Metal-Oxide-Semiconductor
路ä低消費電力化áþĀ実現可能ÞàÙÕg
Field-Effect Transistor~Þ PWM}Pulse Width Modula-
電源 IC ä仕様Ĉ表 2 á示Ïg
tion~ 制 御 回 路 Ĉ Ř Ŝ Ī Ĭ ŀ 化 Í Õ 1 Ī Ō Ķ Ŕ ĺ Ř s
MOSFET 内蔵ä降圧型ĢčĬĪŜę電源制御用 DC-DC
.
動作説明
ĜŜĹsĨ IC ä開発Àþé製品化Ĉ行Ùܺāg
図 2 á FA7738N/P ä内部ĿŖĬĘ図Ĉ示Ïg各種動作
本 稿 Ý åh 上 述 ä 電 源 要 求 Ĉ Ë ÿ á 満 足 Ï ā Õ ÷ á
áÚºÜ以下á述ïāg
従来þĀø高周波動作Ý負荷急変á対Ïā速º応答性Ĉ
制御電源回路
（ 1）
実現ÝÃāþ¼á電流ŋsIJ制御方式ä高耐圧ĺŘs
IC ä 内 部 電 源 å 本 回 路 á þ Ā 電 源 入 力 端 子}VCC~
MOSFET 内蔵 1 ĪŌĶŔ出力降圧型 DC-DC ĜŜĹsĨ
電 圧 Ĉ 降 圧 Í Ü 生 成 Ï ā 場 合 Þh 電 源 回 路 ä 出 力 電 圧
ICFA7738N/Pä開発j製品化Ĉ行ÙÕäÝhÓä概
Ĉ VBIAS 端子á帰還Íh降圧ÍÜ生成Ïā場合¸āg
要Ĉ紹介Ïāg
図
FA7738N/P の外観
製品の概要
図 1 á今回開発j製品化ÍÕ IC ä外観Ĉ示ÏgôÕh
表１á富士電機Ý製品化ÍÕĺŘs MOSFET 内蔵ä降圧
型ĢčĬĪŜę電源制御用 DC-DC ĜŜĹsĨ IC ä系列
一覧Ĉ示Ïg
.
IC 全体の特徴
本 IC å直流安定化電源ÞÍÜ機能ÏāÕ÷ä PWM 制
御Ĉ行¼基本機能äñÁh電源ä小型j高効率j高出力á
有利Þàā以下ä特徴Ĉ有Ïāg
藤井 優孝
米田 保
ĢčĬĪŜę電源 IC ä開発á従
ĢčĬĪŜę電源 IC ä開発á従
事g現在h富士電機İĹčĢįĘ
事g現在h富士電機İĹčĢį
ķŖġs株式会社半導体事業本部
ĘķŖġs株式会社半導体事業本
情報j電源事業部技術開発部g
部情報j電源事業部商品開発ĤŜ
Ĩsg
（ 58 ）
1 チャネル出力降圧型 DC-DC コンバータ IC
富士時報 6OL.O
表
高耐圧パワーMOSFET内蔵の降圧型スイッチング電源制御用DC-DCコンバータICの系列一覧
出力
チャネル数
出力電圧
過電流保護
動作周波数
回路方式
制御方式
パッケージ
型 名
10∼45 V
1
3.3 Vまたは1.5 V
ラッチ電流：0.9 A
80 kHz
非同期MOS内蔵
PWM電圧モード
PDIP8
FA7702P
10∼45 V
1
任意設定（≧1 V）
ラッチ電流：1 A
80 kHz
非同期MOS内蔵
PWM電圧モード
PDIP8
またはSOP8
FA3635P/S
10∼45 V
1
任意設定（≧1 V）
ラッチ電流：2 A
40 kHz
非同期MOS内蔵
PWM電圧モード
PDIP8
FA3685P
10∼45 V
2
チャネル1：1.5 V
または5 V
チャネル2：3.3 V
パルスバイパルス
制限電流：2.5 A
40∼
200 kHz
同期整流MOS内蔵
PWM電圧モード
E-pad
TQFP48
FA7730F
10∼45 V
3
チャネル1：5 V
チャネル2：3.3 V
チャネル3：1.5 V
パルスバイパルス
制限電流：2.5 A
40∼
200 kHz
同期整流MOS内蔵
PWM電圧モード
E-pad
TQFP64
FA7726F
7∼16 V
2
任意設定（≧1 V）
パルスバイパルス
制限電流：4.5 A
100∼
400 kHz
同期整流MOS内蔵
PWM電流モード
E-pad
TQFP48
FA7735F
9∼45 V
1
任意設定（≧1 V）
パルスバイパルス
制限電流：4 A
30∼
400 kHz
非同期MOS内蔵
PWM電流モード
E-pad
SOP8
またはPDIP8
FA7738N/P
表
図
FA7738N/Pの仕様
入 力 電 圧
9∼45 V
出 力 電 圧
任意設定（≧1 V）
動作周波数
30∼400 kHz
動作周囲温度
−40∼＋85 ℃
消 費 電 流
＜1 mA（無負荷時）
オンオフ機能
L：動作 H：スタンバイ
位相補償機能
CR内蔵
回路ブロック図（FA7738N/P）
RT
ソフト
スタート
回路
1 V カウンタ用
発振器
回路
ENB
VCC
スロープ
補償
発振器
回路
UVLO
回路
ON/OFF
回路
過熱保護
回路
基準電圧
回路
制御電源
回路
gm
Σ
＋
8 ms（内蔵）
ソフトスタート
UVLO
過電流保護
IN
−
S
6.9 V（オン），5.9 V（オフ）
IN
R
PWM_
COMP
90 ms（内蔵）
タイマラッチ
保 護 機 能
タイマラッチ
回路
＋
エラー
アンプ
−
＋
−
S
R
CREG
VBIAS
＋
−
過電流
保護
Q
ドライバ
Q
OUT
4 A（パルスバイパルス方式）
過熱保護
135 ℃
GND
E-pad SOP8
パッケージ
PDIP8
2 V 以上印加ÏāgÉäÞÃhIC åĢĨŜĹč状態Þàāg
ĦľıĢĨsı回路
（ 5）
VCC 電圧ä代ąĀá出力電圧Ĉ降圧ÍÜ内部電源Ĉ生
本機能å起動時ä DC-DC ĜŜĹsĨ回路ä異常動作
成ÏāÉÞÝ IC ä電力損失Ĉ低減ÝÃāgÉä機能å
}ŒĬĠŎ電流àß~防止ݸĀhđŒsċŜŀä基準電
VBIAS 端子ä印加電圧Â 3.1 v 5.5 V Ý働ÅÕ÷h出力電
圧Ĉ内蔵äĔďŜĨ回路Ĉ使ÙÜ 0 V Áÿ 1 V ôÝ段階的
圧ÂÉä範囲以外ä場合áå VBIAS 端子å電源出力á接
á上昇ËÑāÉÞáþÙÜ出力電圧Ĉ 8 ms}固定~Ý徐々
続ÑÐhGND á接続Ïāg
á上昇ËÑāg電源投入後h入力電圧Â低電圧誤動作防止
đŒsċŜŀ回路
（ 2）
回路äēŜĢŕĬĠŎńsŔIJ電圧}6.9 V~以上ÝĦľ
反転入力å IN 端子á接続ËĂh非反転入力å IC 内部
ıĢĨsıÂ開始ËĂāgôÕh電源確立状態Ýå ENB
Ý 1V ＋
− 1 % ä基準電圧Â入力ËĂܺāgFB 端子å外
信号áþĀĦľıĢĨsıÂ開始ËĂāg
部端子ÂàÅhIC 内部Ý位相補償Ĉ行Ùܺāg
発振器回路
（ 3）
ĨčŇŒĬĪ式出力短絡保護回路
（ 6）
DC-DC ĜŜĹsĨ回路ä出力短絡àßÝ出力電圧¸
ĜŜİŜĞä充放電Ĉ用ºÕ発振器ݸĀh発振周波数
ā時間低下ÍÕ場合áĢčĬĪŜęĈ停止ËÑāÕ÷hĨ
åĨčňŜę抵抗接続端子}RT 端子~á 10 v 150 kΩä
čŇŒĬĪ短絡保護機能Ĉ内蔵Íܺāg出力短絡àßä
抵抗Ĉ接続ÏāÉÞÝ 30 v 400 kHz ä間Ý任意á設定Ý
異常áþĀh出力電圧Â低下Íh誤差増幅反転入力 IN 端
Ãāg
子電圧 0.75 V 以下ÞàāÞ内蔵äĨčŇŒĬĪĔďŜ
ēŜēľ回路}ON/OFF 回路~
（ 4）
ĨÂ動作Íh連続 90 ms}固定~以上ÝŒĬĪ停止Þàāg
ENB 端子Ĉ使用ÍÜ外部信号áþĀ出力äēŜēľ制
ŒĬĪ状態Áÿä復帰å ENB 端子áþāœĤĬıhôÕ
御ÂÝÃāg出力ēŜä場合áå ENB 端子Ĉ 1 V 以下Þ
å入力電圧Ĉ UVLO}Under Voltage Lock Out~電圧以
Íh出力ēľä場合áå ENB 端子ĈēsŀŜhôÕå
下áÏā必要¸āg
（ 59 ）
特 集
入力電圧
1 チャネル出力降圧型 DC-DC コンバータ IC
富士時報 6OL.O
図
FA7738 の応用回路例（出力電圧 3.1 ∼ 5.5 V 時）
図
出力電圧 5 V 設定時の負荷応答（動作周波数 200 kHz）
VIN
特 集
2 ENB
RT
3 RT
VCC 8
FA7738
1 CREG
CIN ＋
L1
VBIAS 6
4 GND
IN 5
＋
CV
D1
CREG
COUT
CB
IC
GND
出力電圧
5V
（100 mV/div）
VO
OUT 7
R3
GND
R1
ENB
負荷電流
0A
（0.5 A/div）
ENB
C1
図
100 s/div
動作周波数 200 kHz 時の負荷電流と電源効率の関係
（出力電圧 5 V）
ä位相補償部品Ĉ内蔵ÍÜÀĀh非常áĠŜŀŔà回路構
成ÞàÙܺāg
100
電源効率（％）
90
.
80
図 4 å 動 作 周 波 数 Â 200 kHzh 出 力 電 圧 Â 5 V Ýh
70
VBIAS 端子á出力端子Ĉ帰還入力ÍÕ場合} 図 3 ä応用
60
入力電圧12 V
入力電圧24 V
入力電圧36 V
入力電圧45 V
50
40
30
20
0
効率特性
0.5
1
負荷電流（A）
1.5
回路例~ä入力電圧 12 Vh24 Vh36 V Àþé 45 V 時ä負
荷電流Þ電源効率ä関係Ĉ示Ïg入力電圧 12 V 時áå最
大Ý 90 % 以上ä電源効率Ĉ達成Íܺāg
.
負荷応答特性
負荷急変時áÀÇā電源ä応答性Ĉ速ÅÏāÕ÷h応答
性á優ĂÕ電流ŋsIJ制御Ĉ採用ÍÕg出力電圧Â 5 V ä
低電圧誤動作防止用回路}UVLO 回路~
（ 7）
場合ä負荷変動á対Ïā応答特性Ĉ図 5 á示Ïg負荷変動
電源電圧低下時ä回路誤動作Ĉ防止ÏāÕ÷á本回路Ĉ
å 0 1.2 A ä電流増加時Ý−50 mVh1.2 A 0 ä電流減
内蔵ÍܺāgVCC 電圧Ĉ 0 V Áÿ上ÈܺÅÞ 6.9 V Ý
少時Ý＋20 mV ݸĀh出力電圧ä−1 %h＋0.4 % ÞąÐ
動作Ĉ開始Ïāg電源電圧下降時å VCC 電圧 5.9 V Ý出
Áà変動á収ôĀh負荷変動á対ÍÜ優ĂÕ特性Ĉ有Ïāg
力Ĉ停止Ïāg
ĺŔĢĹčĺŔĢ過電流制限回路
（ 8）
あとがき
ŊčŜ MOSFET á流Ăā電流Ĉ監視Íh4 A 以上ä電
流Â流ĂāÞŊčŜ MOSFET äēŜ期間Ĉ小ËÅÏāÉ
入力電圧Â 9 v 45 V Ý負荷電流Ĉ 1.5 A ôÝ出力Ïā
ÞÝŊčŜ MOSFET Ĉ流Ăā電流Ĉ制限ÏāgÉä制限
ÉÞÂÝÃāĺŘs MOSFET 内蔵ä電流ŋsIJ制御降圧
å次äĞčĘŔÝœĤĬıËĂh再é出力åēŜÏāÕ÷h
型 DC-DC ĜŜĹsĨ IC ä概要Ĉ紹介ÍÕg
毎ĞčĘŔáÀºÜ過電流制限Ïāg
現在h電子機器åôÏôÏ小型化j軽量化j高機能化Â
過熱保護回路
（ 9）
過電流àßä異常Â原因Ý IC ä温度Â上昇ÍÕ場合h
進ĉÝÀĀhÉä電子機器Ĉ駆動ÏāÕ÷ä電源áÀºÜ
å小型j高出力j高効率äñÁ低ĜĢı化ä要求Â高ôÙ
ĢčĬĪŜęĈ停止ËÑāÕ÷á本回路Ĉ内蔵ÍÜÀĀh
ܺāgÓÉÝh富士電機ÝåɼÍÕ市場要求á応¾ā
135 ℃á達ÏāÞĢčĬĪŜę動作Ĉ停止Íh115 ℃ôÝ
ïÅh今後ĺŘs MOSFET äËÿàā低ēŜ抵抗化h高
下ÂāÞĢčĬĪŜęĈ再開Ïāg
出力化Àþé高周波化Ĉ図ÙÕ高耐圧ĺŘs MOSFET 内
蔵ä DC-DC ĜŜĹsĨ IC ä系列化Ĉ進÷ܺÅ所存Ý
応用回路例
.
回路構成
¸āg
参考文献
出力電圧áþĀ 2 種類ä応用回路例¸Āh図 3 á出力
Lee, C. F. ; Mok, P. K. T. A Monolithic Current-Mode
（ 1）
電圧Â 3.1 v 5.5 V ä場合Ĉ示ÏgVBIAS 端子á出力電圧
CMOS DC-DC Converter With On-Chip Current-Sensing
6o Ĉ帰還接続ÍÜÀĀhķčģ除去用áĤŒňĬĘĜŜ
Technique. IEEE J. Solid-State Circuits. vol.39, no.1, 2004,
İŜĞĈ接続Ïāg出力電圧Â 3.1 V 以下ôÕå 5.5 V 以
p.3-14.
上ä場合áåhVBAIS 端子áå 6o Ĉ帰還接続ÑÐ GND
接続Ïāg両構成Þø出力ĺŘs MOS Àþé誤差増幅器
（ 60 ）
中森昭ñÁi2 ĪŌĶŔ電流ŋsIJ同期整流降圧電源 ICi
（ 2）
富士時報ivol.78, no.4, 2005, p.290-293.
富士時報 6OL.O
第二世代マイクロ電源
特 集
佐野 功}ËäeºËÀ~
臼井 吉清}¼ÏºeþÍÃþ~
関 知則}ÑÃeÞøäĀ~
¾ā DC-DC ĜŜĹsĨĈ提供ÏāÉÞĈĜŜĤŀıÞÍ
まえがき
ܺāg
携帯電話úİġĨŔĢĪŔĔŊŒh携帯型音楽ŀŕsō
ŇčĘŖ電源ä外観Ĉ図 2 á示Ïg製品ä面積åŀŖı
àßä携帯機器åôÏôÏ小型化Â進õhĹĬįœsä連
ĨčŀÁÿ各世代ÊÞá約 60 % ÐÚĠŎœŜĘÍÜÃÜ
続使用時間Ĉ長ÅÏāþ¼低消費電流化ø併ÑÜ求÷ÿĂ
ºāg
ܺāgÉäÕ÷hÉĂÿä機器á搭載ËĂā電源用 IC
áåÝÃāÖÇ小Ëà実装面積Þ高効率Â要求ËĂāg
図
マイクロ電源の外観
ÉĂÿä要求á対Íh制御 IC ÞčŜĩĘĨĈ一体化Í
制御IC基板
ÕŇčĘŖ電源ä研究開発Ĉ行º製品化Ĉ実現ÍÜÃÕg
薄膜インダクタ
4 mm
最初á開発ÍÕŀŖıĨčŀå制御 IC 上á薄膜čŜĩ
ĘĨĈ形成ÏāŋķœĠĬĘ構造Ĉ採用Í薄型化Ĉ実現Í
ÕÂh製品ĞčģÞ効率áÀºÜ課題Ĉ残ÍÕg
ÞÝhŀŖıĨčŀÝä課題Ĉ解決Íh第一世代ÞÍÜ製
5 mm
œĬŀĪĬŀŅŜİČŜęáÜ接続Ïā構造Ĉ採用ÏāÉ
4 mm
Óä後čŜĩĘĨĈ実装基板Þ兼用Íh制御 IC Þľ
品化ÍÕg
今回h第二世代ŇčĘŖ電源ÞÍÜhËÿàā小型化Ĉ
図ÙÕFB6831JáÚºÜ紹介Ïāg
（a）プロトタイプ
ŇčĘŖ電源å 図 1 á示Ïþ¼áh従来用途á応ÎÜ
ŏsğs側Ý選定ÍܺÕčŜĩĘĨĈh制御 IC Þ一体
1.0 mm
3.5 mm
特 長
化ÏāÉÞáþĀ小型化h部品点数削減Ĉ行¼ÉÞÞ同時
á LDO}Low Drop Out~ŕėŎŕsĨäþ¼á容易á扱
マイクロ電源の構成
インダクタ インダクタ
（内蔵）
一体化 IC
インダクタ
（ディスクリート）
IN
IN
コント
ローラ
OUT
従来のDC-DCコンバータ
コント
ローラ
1.0 mm
IC
（b）第一世代品
2.40 mm
図
3.5 mm
OUT
2.95 mm
（c）第二世代品
マイクロ電源
佐野 功
臼井 吉清
関 知則
電源 IC ä開発h設計á従事g現
IC 電極ä開発j設計hIC ä製造
ŋķœĠĬĘ IC ä製造技術開発
在h富士電機İĹčĢįĘķŖ
ŒčŜ管理hŇčĘŖčŜĩĘĨ
á従事g現在h株式会社大町富士
ġs株式会社半導体事業本部情
ä開発á従事g現在h富士電機İ
IC 工場主査g
報j電源事業部技術開発部gŀœ
ĹčĢįĘķŖġs株式会社半導
ŜĠĺŔđŜġĴċg
体事業本部基盤技術統括部ċĤŜ
Ŀœ開発部g
（ 61 ）
富士時報 6OL.O
第二世代マイクロ電源
最適化設計áþĀh高速動作Ĉ実現ÍÕg
FB6831J å 1 ĤŔœĪďʼnčēŜĹĬįœsÁÿä入
力電圧Ĉ降圧ÍÜ出力ÏāŇčĘŖ電源ݸĀh最大出力
低消費電流k待機時 1 Ah動作時 300 Ag各回路Ŀ
（ 7）
特 集
ŖĬĘá対Í低消費電流化Ĉ施Íh携帯機器á必要à低
電流å 500 mA ݸāg
消費電流化Ĉ実現ÍÕg
主à特長Ĉ以下á示Ïg
外形k図 2（c）
á示Ïþ¼á 2.95 mm × 2.40 mmh厚Ë
（ 1）
FB6831J ä主à電気的特性Ĉ表１á示Ïg
1 mm}typ~Ĉ実現Íܺāg
ĺĬĚsġk図 2（c）
á示Ïþ¼á端子Ĉ 2 辺á配置Í
（ 2）
マイクロ電源のモジュール技術
Õ CSM}Chip Size Module~10 ĽŜĈ採用ÏāÉÞÝh
ĪĬŀĞčģÞñò同ÎĞčģäŇčĘŖ電源ŋġŎs
ŀŖıĨčŀh第一世代品h第二世代品ä構造比較Ĉ
ŔĈ実現ÍÕg
表 2 á示Ïg第二世代ŇčĘŖ電源ä組立åh低Ŕsŀ
端子構造k端子部ÂĺĬĚsġ}PKG~外部á出à
（ 3）
º SON}Small Outline Non-lead~構造ÞÏāÉÞÝh
äŘčōŅŜİČŜęĈ適用ÏāÉÞÝ製品ä厚Ë 1 mm
}typ~Ĉ実現Íܺāg
実装面積ä省ĢŃsĢ化á寄与Íܺāg
第一世代äľœĬŀĪĬŀŅŜİČŜęĈ利用ÍÕ組立
č Ŝ ĩ Ę Ĩk, ＝ 1.25 H}300 mA~
h2dc ＝ 0.1Ωg
（ 4）
Ýåh制御 IC 側äĺĬIJ配置Â固定位置ÞàāÕ÷h制
á示Ïþ¼á第一世代
čŜĩĘĨ構造ÞÍÜåh図 2（c）
御 IC äĪĬŀĞčģåčŜĩĘĨĞčģä制約Ĉ受Çh
品Þ同ÎıŖčĩŔ型ݸāÂh端子配置Ĉ 2 辺配置á
ĠŎœŜĘÝÃàº問題¸ÙÕg今回åŘčōŅŜİČ
ÍÜhčŜĩĘĨäĜčŔĺĨsŜÂ占÷ā割合Ĉ大Ã
ŜęäÕ÷h制御 IC äĺĬIJ位置hĪĬŀĞčģä自由
ÅÏāÉÞáþĀhĞčģå第一世代品比 60 % áĠŎ
度¸ĀhĜĢı上最適àĪĬŀ設計Â可能Þàāg一方h
œŜĘÍÕÂhčŜĩĘĨŜĢ値å 75 % Â得ÿĂܺ
ŘčōŅŜİČŜęåľœĬŀĪĬŀŅŜİČŜęá比ï
āg2dc áÚºÜåĜčŔ導体ä÷ÙÃ厚膜化áþĀ約
Řčōä配線抵抗Â高ºÕ÷h大電流h低čŜĽsĩŜĢ
50 % 低減Ĉ実現ÍÕgôÕhľĐŒčıáþāĜċŖ
ä端子áÚºÜåŘčōĈ複数本張ÙܺāgŘčōŅŜ
ĢĈ低減Ïā基板材質ä選定h磁気飽和Íáźİğč
İČŜę後á制御 IC 表面á液状樹脂Ĉ塗布ÍhčŜĩĘ
Ŝä最適化Ĉ図ÙÕg
Ĩ基板ĈĩčĠŜęÍÜŇčĘŖ電源á個片化Íܺāg
保護回路k出力短絡hĪĬŀä過熱hUVLO}Under
（ 5）
Voltage Lock Out~
h過電流保護àßä異常á対Ïā保
応用回路
護回路Ĉ内蔵Íܺāg異常検知後動作Ĉ停止ÍhCE
端子＝ L Ý保護状態Ĉ解除Í H Ý復帰Ïāg
FB6831J äĿŖĬĘ図Ĉ 図 3 áh応用回路例Ĉ 図 4 á
ĢčĬĪŜę周波数k2.5 MHzgİĬIJĨčʼnĜŜı
（ 6）
示ÏgÉä製品åčŜĩĘĨh出力 MOS}Metal-Oxide-
ŖsŔhIJŒčĹ回路h高速ĜŜĺŕsĨh発振回路ä
Semiconductor~
h位相補償回路Ĉ内蔵ÍܺāÕ÷h外部
表
主な電気的特性
項 目
電源電圧
消費電流
出力電圧範囲
出力電圧精度
記 号
条 件
V DD
単 位
V
3.6
5.5
I VDD1
ー
0.1
1
A
I VDD2
VDD Pin
CE = H，無負荷
60
80
100
A
I PVDD1
PVDD Pin
CE = L
ー
0.1
1
A
I PVDD2
PVDD Pin
CE = H， I OUT = 300 mA
V OUT =1.5 V
ー
145
165
mA
VOUT
I load = 0∼500 mA
0.8
ー
V IN−0.7
V
V OUTA
I load = 0∼500 mA， V OUT =1.5 V
−3
ー
3
%
ー
ー
40
mVp-p
ー
ー
50
mVp-p
V ripple
V OUT =1.5 V， I load = 500 mA,
コンデンサESR<100 mΩ
発振周波数
max
2.7
コンデンサESR<100 mΩ
最大効率
typ
VDD Pin
CE = L
V OUT =1.5 V， I load = 300 mA,
出力リプル電圧
min
η1
V OUT =1.8 V， I load = 200 mA
ー
90
ー
%
η2
V OUT =1.5 V， I load = 200 mA
ー
85
ー
%
f OSC
I OUT = 50 mA
2.3
2.5
2.7
MHz
UVLOオンしきい値電圧
V UVLH
2.3
2.4
2.5
V
UVLOオフしきい値電圧
VUVLL
2.2
2.3
2.4
V
（ 62 ）
富士時報 6OL.O
表
第二世代マイクロ電源
構造比較
図
プロトタイプ
第一世代品
第二世代品
モノリシック構造
フリップチップ
ボンディング
ワイヤ
ボンディング
応用回路例
9
10
コイル
パターン
C IN ＝
4.7 F
端子
V IN ＝
2.7∼5.5 V
GND
PGND
FB6831J のブロック図
2
3
VOUT
R FB0 ＝
200 kΩ
C OUT＝
4.7 F
FB6831J
1
図
6
R FB1 ＝
100 kΩ
4
5
IN
下部磁性膜
端子
7
CRES
制御IC
コイル
パターン
8
V OUT ＝
1.8 V
フェライト
フェライト
断 面 図
VDD
制御IC
CE
制御IC
COP
コイル導体
M
上部磁性膜
2.7∼
5.5 V
（ ＝100
pF）
C FB
GND
GND
VDD
CE
制御回路
図
FB6831J の効率
PVDD
M
PWM
コント
ローラ
CRES
Cpc
0p
OUT
ドライバ
インダクタ
R FB0
IN
COP
NMOS
100
V OUT
＝1.5 V
（∼500 mA）
R FB1
PGND
C OUT
GND
V IN ＝3.6 V，V OUT ＝1.8 V
90
η（％）
PMOS
C IN
80
70
60
50
40
0
100
200
300
400
500
600
I OUT（mA）
部品ÞÍÜå入出力äĜŜİŜĞÞ電圧設定用ä抵抗ÖÇ
Ý降圧äĢčĬĪŜę電源Â構成ÝÃhĤĬıä省ĢŃs
Ģ化á寄与ÏāÉÞÂÝÃāg
今回 FB6831J Ýå高効率化äÕ÷以下ä工夫Ĉ行ÙÕg
制御回路}IC~
kİĬIJĨčʼnä最適化Þ各ĿŖĬĘ
（ 1）
ÊÞä低消費電流化h発振周波数ä最適化
今後hËôÌôà入力電圧h出力電圧á対応ÍÕŇčĘ
Ŗ電源ĈŊĴŎsá加¾ŒčŜċĬŀĈ充実ËÑܺÅ
計画ݸāg小型Ýø必要àčŜĩĘĨŜĢ値Ĉ確保ÝÃ
出力 MOS}İĹčĢ~Ğčģk導通損失h低ěsı
（ 2）
āčŜĩĘĨ材料ä開発hĢčĬĪŜę周波数Â高ÅÜ
ĪŌsġ損失h低IJŕčŜ容量損失ÂĢčĬĪŜę周波
øěsıĪŌsġ損失hIJŕčŜ容量損失Â小˺h低
数Ý最小Þàāþ¼Ğčģä最適化
čŜĩĘĨkĜċŖĢĈ低減Ïā基板材質ä選定gĜ
（ 3）
2on1g İĹčĢä開発Ĉ実施ÍhËÿàā高効率化h小型
化Ĉ図ÙܺÅ所存ݸāg
čŔĺĨsŜđœċÂ最適Þàā端子配置
負荷電流Ĉ変¾ÕÞÃä効率ä実測例Ĉ 図 5 á示Ïg
6IN ＝ 3.6 Vh6OUT ＝ 1.8 Vh)OUT ＝ 200 mA Ý 90 % ä高効
率Ĉ実現Íܺāg
今回開発Íh製品化ÍÕ FB6831J Ĉ使用ÏāÉÞáþ
ĀhĤĬıä小型化j薄型化hĹĬįœsä長寿命化Ĉ可
能áÏā電源ĠĢįʼnĈ構築ÏāÉÞÂÝÃāg
参考文献
佐野功iŇčĘŖ電源ä設計Þ応用例iTechno-Frontier
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2006. ĢčĬĪŜę電源jĹĬįœĠĢįʼnĠŜņġďʼni
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（ 2）
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Chip Size Module With Integrated Soft Ferrite. THE
2003 INTERNATIONAL
あとがき
MAGNETICS
CONFERENCE
}INTERMAG 2003~
i
川島鉄也ñÁiŇčĘŖ電源ŋġŎsŔä実装技術開発i
（ 3）
第二世代ŇčĘŖ電源ÞÍÜh主á携帯電話hİġĨŔ
ĢĪŔĔŊŒàßœĪďʼnčēŜĹĬįœs 1 ĤŔ用ä電
源ŋġŎsŔ FB6831J áÚºÜ紹介ÍÕg
đŕĘıŖĴĘĢ実装学会iMES2004. 2004-10.
片山靖ñÁiŇčĘŖ DC-DC ĜŜĹsĨ用 CMOS IC ä
（ 4）
最適化設計i電子情報通信学会電子通信用đĶŔės技術研
究会i2003-9.
（ 63 ）
特 集
V IN ＝
PVDD
CE
組立構造
富士時報 6OL.O
特 集
トレンチ形成におけるエッチング特性とプラズマ物性の
関係
矢嶋 理子}úÎôe¸úÉ~
脇本 節子}ąÃøÞeÑÚÉ~
市川 幸美}º×ÁąeüÃõ~
まえがき
図
実験装置の構成
ıŕŜĪ構造åhMOSFET}Metal-Oxide-Semiconduc-
ソースパワー
13.56 MHz
tor Field-Effect Transistor~ú IGBT}Insulated Gate Biコイル
polar Transistor~
h素子絶縁分離hDRAM}Dynamic Random Access Memory~äĖŌĺĠĨàßhËôÌôàİ
ICP-RIE
ラングミュアプローブ
ĹčĢÝ使用ËĂܺāgÓĂÿäİĹčĢ作製áÀºÜh
86 mm
ıŕŜĪđĬĪŜę形成åĖsŀŖĤĢݸĀhıŕŜĪ
ウェーハ
ä深Ëh幅h側壁角度àßáÀºÜËôÌôà仕様Ĉ要求
ËĂāgɼÍÕıŕŜĪ形状Ĉ制御ÏāÕ÷áåıŕ
バイアスパワー
13.56 MHz
ŜĪđĬĪŜęäŊĔĴģʼnĈ解明ÏāÉÞÂ重要ݸāg
ôÕh最近å深ºıŕŜĪĈ使用ÍÕİĹčĢÂ多Å開発
ËĂܺāgÉäđĬĪŜęŀŖĤĢĈ量産á適用Ïāá
åhđĬĪŜęŕsı}ER~Ĉ向上ËÑhĢŔsŀĬı
Ĉ用ºÕŊčŜđĬĪŜę}ME~ĢįĬŀÞÁÿ成āg
（ 1（
）2）
Ĉ上Èā必要¸āgER å放電ĺŘs}7s ~ÞŇĢĘ
ME 条件åh圧力 3.3 PahđĬĪŜę時間 300 shĹčċĢ
（ 1（
）3）
ĺĨsŜá依存ÏāÉÞÂ知ÿĂܺāgÍÁÍhÓĂÿ
用高周波}RF~ĺŘs}7b~一定ÞÍhER ä 7s 依存性
ä依存性áÚºÜŀŒģŇ物性ä立場Áÿ論ÎÕ研究å少
Ĉ調ïāÕ÷á 7s Ĉ変化ËÑÕg
àºg
.
本報告ÝåŒŜęňŎċŀŖsĿ法Ĉ用ºÜŀŒģŇ診
計測方法
断Ĉ行ºhŀŒģŇ物性Þ 7s úĺĨsŜ依存性áÚºÜ
ı ŕ Ŝ Ī 形 状 ä 観 察 å 断 面 SEM}Scanning Electron
調ïhÓĂÿĈ説明ÏāÕ÷ä新ÕàŋİŔĈ幾ÚÁ提案
Microscope~Ĉ使用ÍÕgôÕhčēŜú電子ä振ā舞
Ïāg
ºĈ調ïāÕ÷áh高周波áþā電位変動Ĉ補償ÍÕŒ
ŜęňŎċŀŖsĿĈ使用ÍÕg図 1 á実験装置ä構成Ĉ
示ÏgŀŖsĿåhďĐsĸ中央ä直上 86 mm ä位置á
実 験
ĤĬıÍÕgďĐsĸÞŀŒģŇ間äĠsĢáÁÁā電圧
.
}1/2 6pp~åhđĬĪŜęĪŌŜĹá取Ā付ÇÿĂÕĤŜ
サンプル
実験áÀºÜhĞŜŀŔå}100~面 6 čŜĪĠœĜŜ
ĞĈ使用ÍÜ計測ÍÕg
ďĐsĸĈ使用ÍÕgĺĨsŜ形成á使用ÏāıŕŜĪŇ
ĢĘå熱酸化膜Ĉ使用ÍÕgER äĺĨsŜ依存性Ĉ調ï
実験結果と考察
āÕ÷hĺĨsŜĈ変¾ÕĞŜŀŔĈ用意ÍÕg
.
.
エッチングレートの W s 依存性
ôÐhER ÞŀŒģŇĈ生成ËÑāÕ÷ä放電電力 7s
エッチング条件
ıŕŜĪđĬĪŜęå ICP}Inductively Coupled Plas-
ä関係áÚºÜ述ïāg 図 2 á ER ä 7s 依存性Ĉ示Ïg
ma~-RIE}Reactive Ion Etching~ Ġ Ģ į ʼn Ĉ 用 º Õg
hO2
ME 条 件 åhSF6 流 量 120 sccm}standard cc/min~
đĬĪŜęŕĠĽå CF4 ĕĢĈ用ºÕ短ºĿŕsĘĢŔs
流量 120 sccmhHBr 流量 40 sccm ݸāgER å 7s ä増
}BT~ĢįĬŀÞhHBr/SF6/O2 ôÕå SF6/O2 混合ĕĢ
加á伴ÙÜ増加ÏāÂh高 7s áÀºÜå飽和傾向Ĉ示Ïg
矢嶋 理子
脇本 節子
市川 幸美
ICjĺŘsİĹčĢäŀŖĤĢ研
ıŕŜĪđĬĪŜę技術h洗浄技
太陽電池hďĐsĸŀŖĤĢä開
究開発á従事g現在h富士電機ċ
術ä研究開発á従事g現在h富士
発á従事g現在h富士電機ċIJĹ
IJĹŜĢıįĘķŖġs株式会社
電機ċIJĹŜĢıįĘķŖġs株
ŜĢıįĘķŖġs株式会社電子
半導体研究所g応用物理学会会員g
式会社半導体研究所g応用物理学
İĹčĢ技術ĤŜĨs副ĤŜĨs
会会員g
長g工学博士g電気学会会員h応
用物理学会会員g
（ 64 ）
富士時報 6OL.O
図
トレンチ形成におけるエッチング特性とプラズマ物性の関係
エッチングレートの W s 依存性（W b ＝ 140 W）
図
RF 放電の等価回路
3.0
特 集
コーティング表面
2.8
ER（ m/min）
2.6
2.4
チャンバ壁
Cc Cs Co Ct
V pp
2.2
Cc
C t'
C s'
2.0
V pp
1.8
バイアス
RF
1.6
プラズマ
1.4
ステージ電極
1.2
1.0
シース
0
400
800 1,200 1,600
W S（W）
図
3.5
電子密度，イオン電流，RF ピーク電圧の W s 依存性
ER（ m/min）
図
トレンチエッチングレートの開口率依存性
（W b ＝ 140 W）
1.8×1016
500
電子密度
イオン電流
450
16
RFピーク電圧
1.4×10
16
1.2×10
400
1.0×1016
350
0.8×1016
0.6×1016
300
16
0.4×10
250
16
0.2×10
0
0
400
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0
RFピーク電圧（V）
電子密度（/m3）
イオン電流（×10−20A）
1.6×1016
3.0
200
800 1,200 1,600
W S（W）
0
5
10
15
20 100
開口率（％）
ER Â飽和傾向Ĉ示Ï要因ä一ÚÞàāg
ÉäñÁáhđĬĪŜęáþā副生成物äıŕŜĪ側壁
îä付着量 7s ä増加áÚĂÜ増ÏÉÞø確認Íܺāg
7s ä増加ÞÞøá電子密度Â増加ÏāÞhđĬĪŜę生
成物Â増加Ïāäá対ÍÜ排気速度å一定ݸāÉÞÂ原
因ݸāÞ考¾ÿĂhđĬĪŜęĈ阻害Ïāø¼一Úä要
Éä理由Ĉ調ïāÕ÷hER Þ正ä相関¸āÞ考¾ÿ
因Þ考¾ÿĂāg
Ăā電子密度ÞčēŜ電流}密度~Ĉ測定ÏāÞhÉĂÿ
h高 7s áÀÇ
ä諸量å高 7s Ýø飽和ÍÜÀÿÐ}図 3~
ā ER ä阻害要因ÞåàÿàºÉÞÂ分Áāg一方h6pp
.
エッチングレートのパターン依存性
ER å開口率}ďĐsĸ面積á対ÏāđĬĪŜę領域ä
åĢįsġä表面電位Ĉ表Í} 図 4~
hčēŜ加速äĹč
比率~úĺĨsŜ寸法á依存ÏāÉÞÂ知ÿĂܺāgÓ
ċĢ電圧á比例Ïā量ݸāÂhÉĂå 7s ä増加ÞÞø
ÉÝhÉĂÿáÚºÜøŀŒģŇ物性ä観点Áÿ調ïÜõ
á減少ÍܺāgÍÕÂÙÜhĹčċĢ電圧ä低下 ER
ä飽和ĈøÕÿÏÉÞÂ分Áāg
āÞh以下äÉÞÂ分Áāg
開口率依存性
（ 1）
ÓÉÝ ER ä低下Ïā機構Ĉ説明ÏāÕ÷hđĬĪŜę
図 5 áıŕŜĪ ER ä開口率依存性Ĉ示Ïg開口率ä増
装置ä等価回路Ĉ図 4 äþ¼á考¾āgÉÉÝh#ch#sh
加áÚĂÜ ER Â減少Ïā原因ÞÍÜh一般的áå次äþ
#oh#th#t’
h#s’åÓĂÔĂhĿŖĬĖŜęĜŜİŜĞh
¼à説明ÂàËĂܺāg
（ 1）
Ģįsġ上ä絶縁ĜsįČŜęhŇĢĘ酸化膜hĠsĢh
đĬĪŜę面積増加áþāŒġĔŔ消費量ä増加
（a）
ĪŌŜĹ壁äĠsĢhĪŌŜĹ壁ä絶縁ĜsįČŜę容
（b）
đĬĪŜę面á付着Ïā反応生成物ä量ä増加áþ
量ݸĀh6pp åęŒďŜIJÞĢįsġä間ä電圧ݸāg
āđĬĪŜęä阻害
#ch#s’å大Ãà容量Ĉ持×čŜĽsĩŜĢå十分á小Ë
ÍÁÍŀŒģŇ物性Ĉ調ïÜõāÞh上記ä機構ÖÇ
ºÕ÷á無視ÝÃhôÕ #sh#o å一定ݸāg
ÝåàÅh以下äþ¼à機構ø関与ÍܺāÉÞÂ分Á
一方h電子密度Â増加ÏāáÚĂÜĠsĢÂ薄ÅàāÕ
āg図 6 á開口率① 0 %h② 50 %h③ 100 % áÀÇāŒŜ
÷h#th#t’å増加Ïāg7b å一定àäÝĹčċĢ高周波
ęňŎċŀŖsĿä )-6 特性Ĉ示ÏgME 条件åhSF6 流
振幅åñò一定Þ考¾ÿĂh結果ÞÍÜh電子密度ä増
量 30 sccmhO2 流量 20 sccmh7s ＝ 400 Wh7b ＝ 0 W Ý
加ÞÞøá #t á加ąā電圧å減少ÏāgÏàą×h7s ä
¸āg図 6 åh開口率Â増加ÏāáÚĂÜ電子電流å減少
増加áÚĂÜ 6pp Â減少ÏāÉÞáàĀh高 7s áÀºÜ
Íh正čēŜ電流å変化ÍàºÉÞĈ示ÍܺāgÉäÉ
（ 65 ）
富士時報 6OL.O
トレンチ形成におけるエッチング特性とプラズマ物性の関係
Þå負čēŜ密度ä増加Ĉ意味Íܺāg正čēŜÞ電子
ä飽和電流ä比率Â減少ÏāÞŀŒģŇ−ďĐsĸ間á加
（ 4（
）5）
Ĺč長λD å約 100 m ݸĀh③ä場合áåλD á比ïÜ
ĺĨsŜååāÁá微細ݸāg
Â増加ÏāáÚĂÜčēŜä加速đĶŔėsÂ減少ÍhÉ
h
áÓĂÔĂŇĢĘĺĨsŜ①h②h③áÀÇ
図 7（b）
（c）
Ăø ER Â減少Ïā要因ä一ÚÞ考¾ÿĂāg
āŒŜęňŎċŀŖsĿä )-6 特性hER Ĉ示Ïg図 7（b）
åh①h②h③ÏïÜ同Î )-6 特性Ĉ示Íh開口率Â同
ĺĨsŜ依存性
（ 1）
開口率Â同ÎÝøhĺĨsŜ寸法Â異àāÞ ER ø変
ÎݸĂæhďĐsĸ上部ÝäŀŒģŇä状態å同Îݸ
á示Ïþ¼à
化ÏāgÉĂáÚºÜ調ïāÕ÷h 図 7（a）
Āh電子温度h電子密度h活性種áå変化ÂàºÉÞĈ示
三Úä異àÙÕŇĢĘĺĨsŜĈ用意ÍÕgÓĂÔĂ①
ä ME 条 件 åhSF6 流 量 120 sccmhO2
Í Ü º āg 図 7（c）
100 m × 100 m 格 子h ② 50 m × 50 m 格 子h ③ Œ č
流量 120 sccmhHBr 流量 40 sccm ݸāÂh図á示Ïþ
Ŝ & ĢŃsĢ}L/S ＝ 5 m/5 m~ĺĨsŜݸĀh開
¼áhĺĨsŜ③ä ER åhĺĨsŜ①h②þĀø大úg
（ 3）
通常hıŕŜĪ幅Â減少Ïāäá従ÙÜ ER å減少Ïāg
図
ラングミュアプローブ I -V 特性の開口率依存性
ÍÁÍh今回ä結果ÝåhıŕŜĪ幅ä広ºĺĨsŜ①h
②ä方Âh幅ä狭ºıŕŜĪĺĨsŜ③þĀø ER Â低º
結果ÞàÙÕg
電流（×10−3A）
2.5
①
2.0
1.5
ä結果åh次äþ¼á解釈ÏāÉÞÂÝÃāg
図 7（c）
ďĐsĸä全表面Â熱酸化膜áþÙÜ覆ąĂܺā
（a）
②
äþ¼àŀŖs
ÞÃåĠsĢ厚å一様ݸĀh図 8（a）
1.0
③
Ŀ})-6~特性Ĉ動特性ÞÍÜ自己ĹčċĢÂ発生Ï
0.5
（ 4（
）5）
āg
0
−40 −20
0
20
①開口率 0 %
②開口率 50 %
③開口率 100 %
40
電位（V）
（b）
全表面ÂĠœĜŜä場合hĠœĜŜä方Â熱酸化膜
þĀø二次電子放出係数}γ係数~Â大úÞ考¾ÿ
ĂāäÝh二次電子放出Â見ÁÇ上äčēŜ電流増加
á寄与ÏāgÓÍÜhŀŖsĿ特性äŀŒģŇ浮遊電
図
äþ¼áŀŒģŇ空間電位側hÏà
位}6f~å図 8（b）
トレンチエッチングのマスクパターン依存性
ą×高電位側îĠľıÏāg結果ÞÍÜh図 9 á示Ï
þ¼áhčēŜĈ加速ÏāđĶŔėsÂ減少Ïāg
図
①
②
ステージ I -V 特性
③
（a）マスクパターン
電子電流
プラズマ
電流（×10−3A）
2.0
Vf
（二次電子放出なし）
シース
①，②，③
ステージ電流
SiO2
1.5
Si
1.0
イオン電流
（a）全表面がSiO2に覆われたとき
0.5
0
−40
−20
0
20
ステージ電流
40
電位（V）
（b）ラングミュアプローブI -V 特性のパターン依存性
Vf
（二次電子放出なし）
プラズマ
シース
1.75
Vf
（二次電子放出あり）
Si
1.70
ER（ m/min）
特 集
ąāĤŔľĹčċĢ電圧Â減少ÏāgÍÕÂÙÜh開口率
口率åÏïÜ 50 % ÞÍÕg本実験Ý用ºÕŀŒģŇäİ
放出による電子電流
1.65
（b）全表面がSiのとき
1.60
プラズマ
1.55
シース
1.50
シース
SiO2
Si
1.45
①
②
③
（c）トレンチエッチングレートのパターン依存性
（ 66 ）
プラズマ
（c）パターン周期＞
プラズマデバイ長
Si
（d）パターン周期＜
プラズマデバイ長
富士時報 6OL.O
図
トレンチ形成におけるエッチング特性とプラズマ物性の関係
二次電子放出効果によるセルフバイアス電圧変化
Ý説明ÝÃāÂhþĀ詳細à実験áþĀ検証Ïā必要¸
āg
特 集
セルフバイアス小
あとがき
RF電流
誘導結合型ŀŒģŇ}ICP~đĬĪŌáÀºÜhER á
セルフバイアス大
対Ïā 7s ÞĺĨsŜä依存性áÚºÜŀŒģŇ物性Ĉ調
γ係数大
V
ïhÓäŊĔĴģʼnĈ考察ÍÕgıŕŜĪđĬĪŜęä制
御性Ĉ上ÈāÉÞåh今後ôÏôÏ重要áàÙÜÅāg富
t
プラズマ電位
士電機å精密àđĬĪŜę制御Ĉ目的ÞÍÜhºôÖþÅ
分ÁÙܺàºđĬĪŜęŊĔĴģʼn解明ä研究Ĉ進÷Ü
ºÅ所存ݸāg
終ąĀáh本研究Ĉ行¼á¸ÕĀh実験àÿéá解析á
バイアス電圧
t
I
ÀºÜ多大àā助言ĈºÕÖºÕ武蔵工業大学ä松村昭作
教授á感謝Ïā次第ݸāg
図 8（c）
äþ¼áĺĨsŜ周期ÂİĹč長Þ同等hø
（c）
参考文献
①h②á相当~
hĠsĢåĺ
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Þàāg
Vyvoda, M. A. el al. Effects of plasma conditions on the
（ 2）
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③
（d）
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á相当~
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Þ
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③äĠœĜŜ露出面á加ą
結果ÞÍÜhĺĨsŜ図 7（a）
①h②þĀø大ÃÅàāg
āĹčċĢ電圧åĺĨsŜ図 7（a）
上Ý提案ÍÕŋİŔåh従来¸ôĀ着目ËĂܺàÁÙ
ÕđĬĪŜę表面Áÿä二次電子放出ÂĹčċĢá及ò
áÀÇāĺ
Ï効果Ĉ定性的á説明ÍÕøäݸāg図 7（c）
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市川幸美ñÁiŀŒģŇ半導体ŀŖĤĢ工学i内田老鶴圃i
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Lieberman, M. ; Lichetenberg, A. ŀŒģŇ/ŀŖĤĢä原
（ 5）
理iED œĞsĪ社i2001-11.
ĨsŜ①h②h③ä ER ä差åh上記ä二次電子放出効果
（ 67 ）
主要営業品目
富士電機システムズ株式会社
情報・通信・制御システム，水処理・計測システム，電力システム，放射線管理システム，FA・物流システム，環境シス
テム，電動力応用システム，産業用電源，車両用電機品，クリーンルーム設備，レーザ機器，ビジョン機器，電力量計，
変電システム，火力機器，水力機器，原子力機器，省エネルギーシステム，新エネルギーシステム，UPS，ミニ UPS
富士電機機器制御株式会社
電磁開閉器，操作表示機器，制御リレー，タイマ，ガス関連機器，配線用遮断器，漏電遮断器，限流ヒューズ，高圧受配
電機器，電力制御機器，電力監視機器，交流電力調整器，検出用スイッチ，プログラマブルコントローラ，プログラマブル
操作表示器，ネットワーク機器，インダクションモータ，同期モータ，ギヤードモータ，ブレーキモータ，ファン，クーラ
ントポンプ，ブロワ，汎用インバータ，サーボシステム，加熱用インバータ
富士電機デバイステクノロジー株式会社
磁気記録媒体，パワートランジスタ，パワーモジュール，スマートパワーデバイス，整流ダイオード，モノリシック IC，
ハイブリッド IC，半導体センサ，サージアブソーバ，感光体，画像周辺機器
富士電機リテイルシステムズ株式会社
自動販売機，コインメカニズム，紙幣識別装置，貨幣処理システム，飲料ディスペンサ，自動給茶機，冷凍冷蔵ショーケー
ス，カードシステム
＊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。
富 士 時 報
第
79
巻
第
5
号
平 成
平 成
18 年 8 月 30 日
18 年 9 月 10 日
印 刷
発 行
定価 735 円 （本体 700 円・送料別）
編集兼発行人
原
嶋
孝
一
発
行
所
富士電機ńsŔİČŜęĢ株式会社
技 術 企 画 部
〒141 - 0032 東 京 都 品 川 区 大 崎 一 丁 目 1 1 番 2 号
（ゲートシティ大崎イーストタワー）
編
集
室
富士電機情報ĞsļĢ株 式 会 社 内
富士時報編集室
〒151 - 0053 東京都渋谷区代々木四丁目 30 番 3 号
（新宿コヤマビル）
電 話（03）5388 − 7826
FAX（03）5388 − 7988
印
刷
所
富士電機情報ĞsļĢ株式会社
〒151 - 0053 東京都渋谷区代々木四丁目 30 番 3 号
（新宿コヤマビル）
電 話（03）5388 − 8241
発
売
元
株 式 会 社 ē
s
ʼn
社
〒101 - 8460 東京都千代田区神田錦町三丁目 1 番地
電 話（03）3233 − 0641
振替口座 東京 6−20018
2006 Fuji Electric Holdings Co.，Ltd.，Printed in Japan（禁無断転載）
（ 68 ）
富士時報論文抄録
ハイブリッド車用 IGBT モジュール
半導体の現状と展望
藤平 龍彦
富士時報
西浦 彰
重兼 寿夫
6OL.OP-（）
富士時報
征矢野 伸
両角 朗
6OL.OP-（）
地球環境保護h特á CO2 排出量ä抑制åh人類áÞÙÜôÏô
ĸčĿœĬIJ車á用ºÿĂā IGBT ŋġŎsŔjIPM ä高信頼
Ï重要à課題ÞàÙÜÃܺāg富士電機åhĺŘsđŕĘıŖĴ
性h完全鉛ľœs化Ĉ実現ÏāÕ÷ä要素技術Þh製品îä適用例
ĘĢ機器ä利用拡大ÞhÓä電力利用効率ä改善h省資源化Ĉ通Í
Ĉ紹介Ïāg放熱łsĢá銅Ĉ用ºÕ場合h温度ĞčĘŔ試験áÀ
Ü世界ä CO2 排出量ä抑制á貢献ÏāÕ÷áhĺŘs半導体製品
ºÜ絶縁基板Þä熱膨張差áþĀ両者Ĉ接合ÏāåĉÖ部áĘŒĬ
ä性能向上h小型化h高信頼化h低ĜĢı化Ĉ進÷ÜÃܺāg本
ĘÂ伸展ÏāgÉä耐久性Ĉ向上ËÑāÕ÷áhåĉÖ材料ä改善h
稿Ýåh富士電機ä代表的à半導体製品ݸāĺŘsŋġŎsŔh
絶縁基板ä改善àßĈ実施ÏāÉÞÝh要求信頼性Ĉ実現Íܺāg
ĺŘsİČĢĘœsıhĺŘs IC áÚºÜhÓä現状Þ展望Ĉ紹
Éä技術áþĀ製品化ÍÕh完全鉛ľœsä IGBT-IPM ä概要Ĉ
介Ïāg
紹介Ïāg
New Dual IGBT モジュール
最新技術を用いた新コンセプト IGBT-PIM
兼田 博利
富士時報
小川 省吾
堀 元人
6OL.OP-（）
汎用čŜĹsĨú無停電電源装置á代表ËĂā電力変換機器áåh
小林 靖幸
富士時報
丸山 力宏
望月 英司
6OL.OP-（）
汎用čŜĹsĨú無停電電源装置àßá代表ËĂā電力変換機器
常á高効率化j小型化j低価格化j低騒音化Â要求ËĂܺāgÉ
åh常á高効率化j小型化j低価格化j高信頼性Â要求ËĂhÉĂ
äčŜĹsĨ回路á用ºÿĂā電力変換素子áø高性能化j低価格
åčŜĹsĨ回路á用ºā電力変換用半導体素子áø同様á求÷
化j高信頼化Â求÷ÿĂܺāgôÕh近年ä環境問題îä対応Á
ÿĂāg近年Ýåh小型化j低価格化j低ķčģ化ä要求Â非常á
ÿh従来ä鉛åĉÖä代替ÞÍÜ鉛ľœsåĉÖä実用化Â始ôÙ
強ÅhÉäÕ÷áå低損失化ÞķčģäıŕsIJēľ特性ĈĿŕs
ܺāg本稿Ýåh特性改善äÕ÷á開発ËĂÕ U4 ĪĬŀĈ搭載
ĘĢŔsÍhÁÚ高放熱化Ĉ実現ÏāÉÞÂ課題ݸāg本稿Ýåh
Íh鉛ľœsåĉÖĈ適用ÍÕ New Dual IGBT ŋġŎsŔáÚº
低ķčģ化Þ小型化j集積化Ĉ両立ÍÕ新ͺĜŜĤŀıäĺŘs
Ü紹介Ïāg
集積ŋġŎsŔ}PIM~系列ÞÓä最新技術áÚºÜ紹介Ïāg
小容量 IGBT モジュール
完全鉛フリー IGBT モジュール・IPM
楠木 善之
富士時報
小松 康佑
菊地 昌宏
6OL.OP-（）
西村 芳孝
富士時報
西澤 龍男
望月 英司
6OL.OP-（）
電力変換装置á使用ËĂāĺŘsŋġŎsŔåh常á低損失化j
đŕĘıŖĴĘĢ実装áÀºÜh従来ä SnPb åĉÖä代替ÞÍ
小型化j軽量化Â求÷ÿĂܺāgÉä要求á対Íh家電製品à
Ü鉛ľœsåĉÖä実用化}欧州 RoHS 規制îä対応~Â始ôÙÜ
ßä低出力ä負荷á対応Ïā小容量 IGBT ŋġŎsŔCP-Pack
ºāgÉäþ¼à背景ÁÿhIGBT ŋġŎsŔjIPM áÀºÜø完
CP-PIMĈ開発ÍÕg主à特徴å次äÞÀĀݸāg
全鉛ľœs化Â望ôĂܺāgåĉÖ接合部ä破壊ŊĔĴģʼnĈ明
（ 1）
定格電圧j電流k600 V/5 v 30 Ah1,200 V/5 v 25 A
確áÍh絶縁基板下áå SnAgIn åĉÖh端子部áå SnAg åĉÖ
（ 2）
小型化kœsIJľŕsʼn構造àßä採用áþĀh従来製品á対
Ĉ用º完全鉛ľœs化Ĉ実現ÍÕg本稿ÝåhRoHS 対応 IGBT ŋ
Íh大幅á小型化g1,200 V 耐圧ĘŒĢä UL 規格ø満足Íܺāg
（ 3）
環境規制îä対応}鉛ľœsĺĬĚsġ~
パッケージシミュレーション技術
繁田 文雄
富士時報
堀 元人
ġŎsŔhIPM 製品áÀÇā鉛ľœs対応技術Þ製品系列áÚº
Ü紹介Ïāg
自動車用燃料タンク漏れ検出用圧力センサ
沖田 宗一
6OL.OP-（）
植松 克之
富士時報
篠田 茂
栗又 正次郎
6OL.OP-（）
ĺŘsİĹčĢåh産業j民生j自動車àßËôÌôà分野Ý使
米国市場á代表ËĂā OBD}On Board Diagnostic System~規
用ËĂÜÀĀh市場áÀºÜ小型化h高信頼化ä要求Â高ôÙܺ
制áþĀh燃料ĨŜĘĠĢįʼnäĕĦœŜ蒸気漏Ă検出ä義務ÛÇ
āgÉĂá伴ºhĪĬŀä高集積化技術j耐熱ĞčĘŔàßä高信
Â広ÂĀĈ見ÑÜÃܺāg今回h富士電機ÝåhCMOS ŀŖĤ
頼化技術ä確立h次世代要素技術開発ÀþéĺĬĚsġ設計j信頼
ĢáþāİġĨŔıœňŜę式自動車用燃料ĨŜĘ漏Ă検出用圧力
性評価期間ä短縮Â重要Þàāg本稿ÝåhÉĂÿä技術開発Àþ
ĤŜĞĈ開発ÍÕg本稿Ýåh製品ä概要h高感度j高耐圧設計á
éĺĬĚsġ設計á活用Íܺā熱j応力ĠňŎŕsĠŐŜ技術á
ÚºÜä検討Þ評価結果Ĉ報告Ïāg開発ÍÕĤŜĞĤŔåh基本
ÚºÜh実例Ĉ¸ÈàÂÿ紹介Ïāg
仕様ÞÍÜ ＋
− 6 v＋
− 10 kPa}相対圧~ä圧力ŕŜġä用途á適用
可能ÝhĺĬĚsġēŀĠŐŜáþĀ幅広º取付Ç方法á対応ÍÜ
ºāg
!BSTRACTS&UJI%LECTRIC*OURNAL
)'"4-ODULEFOR%LECTRIC(YBRID6EHICLES
!KIRA.ISHIURA
3HIN3OYANO
!KIRA-OROZUMI
&UJI%LECTRICS3EMICONDUCTORS#URRENT3TATUSAND
&UTURE/UTLOOK
4ATSUHIKO&UJIHIRA
(ISAO3HIGEKANE
&UJI%LECTRIC*OURNAL6OL.OP-
&UJI%LECTRIC*OURNAL6OL.OP-
7KLVSDSHULQWURGXFHVFRUHWHFKQRORJLHVIRUUHDOL]LQJKLJKO\UHOL
DEOHDQGOHDGIUHH,*%7PRGXOHVDQG,30VZKLFKDUHXVHGLQK\EULG
YHKLFOHVDQGDOVRSUHVHQWVDQH[DPSOHDSSOLFDWLRQRIWKHVHSURGXFWV
,I WKH PRGXOH EDVH LV PDGH IURP FRSSHU FUDFNV ZLOO RFFXU GXULQJ D
WHPSHUDWXUHF\FOHWHVWLQWKHVROGHUHGDUHDZKLFKMRLQVWKHEDVHDQG
LQVXODWLQJVXEVWUDWHGXHWRWKHWKHUPDOH[SDQVLRQGLIIHUHQFHEHWZHHQ
WKHVHWZRFRPSRQHQWV7KHUHTXLUHGUHOLDELOLW\LVUHDOL]HGE\LPSURYLQJ
WKHVROGHUPDWHULDOWKHLQVXODWLQJVXEVWUDWHDQGWKHOLNH$QRYHUYLHZ
RI)XML(OHFWULF·VOHDGIUHH,*%7,30ZKLFKZDVFRPPHUFLDOL]HGXVLQJ
WKHVHWHFKQRORJLHVLVDOVRSUHVHQWHG
3URWHFWLRQRIWKHJOREDOHQYLURQPHQWHVSHFLDOO\WKHUHGXFWLRQRI
JOREDO&2HPLVVLRQVLVDPDWWHURILQFUHDVLQJLPSRUWDQFH)XML(OHF
WULFKDVEHHQKHOSLQJWRUHGXFH&2HPLVVLRQVWKURXJKH[SDQGLQJWKH
XWLOL]DWLRQRISRZHUHOHFWURQLFHTXLSPHQWLPSURYLQJSRZHUFRQYHUVLRQ
HIILFLHQF\DQGUHGXFLQJWKHFRQVXPSWLRQRIUHVRXUFHVE\LPSURYLQJ
WKHSHUIRUPDQFHFRPSDFWQHVVUHOLDELOLW\DQGFRVWRILWVSRZHUVHPL
FRQGXFWRUSURGXFWV7KLVSDSHUGHVFULEHVWKHFXUUHQWVWDWXVDQGIXWXUH
RXWORRNRI)XML(OHFWULF·VPDLQSURGXFWVSRZHUPRGXOHVSRZHUGLV
FUHWHVDQGSRZHU,&V
.OVEL#ONCEPT)'"40)-THAT5SES#UTTINGEDGE
4ECHNOLOGY
.EW$UAL)'"4-ODULE
9ASUYUKI+OBAYASHI
2IKIHIRO-ARUYAMA
%IJI-OCHIZUKI
(IROTOSHI+ANEDA
-OTOHITO(ORI
3YOUGO/GAWA
&UJI%LECTRIC*OURNAL6OL.OP-
&UJI%LECTRIC*OURNAL6OL.OP-
3RZHU FRQYHUVLRQ HTXLSPHQW DV W\SLILHG E\ JHQHUDOSXUSRVH
LQYHUWHUVDQGXQLQWHUUXSWLEOHSRZHUVXSSOLHVDUHLQYDULDEO\UHTXLUHG
WRSURYLGHKLJKHUHIÀFLHQF\VPDOOHUVL]HORZHUSULFHDQGKLJKHUUHOL
DELOLW\DQGWKHSRZHUVHPLFRQGXFWRUGHYLFHVXVHGLQLQYHUWHUFLUFXLWV
DUHVXEMHFWWRWKHVDPHUHTXLUHPHQWV5HFHQWO\UHTXHVWVIRUVPDOOHU
VL]H ORZHU SULFH DQG ORZHU QRLVH KDYH LQWHQVLILHG DQG D WHFKQLFDO
EUHDNWKURXJKWKDWLPSURYHVWKHWUDGHRIIEHWZHHQORZORVVDQGQRLVH
DQGDOVRUHDOL]DWLRQRIKLJKKHDWGLVVLSDWLRQFDSDELOLW\VKDOOEHDFKLHYHG
7KLVSDSHULQWURGXFHV)XML(OHFWULF·VOLQHXSRISRZHULQWHJUDWHGPRG
XOHV 3,0 ZKLFK DUH EDVHG RQ D QRYHO FRQFHSW WKDW FRPELQHV ORZ
QRLVHVPDOOVL]HDQGKLJKLQWHJUDWLRQDQGDOVRLQWURGXFHVWKHFXWWLQJ
HGJHWHFKQRORJ\XVHGLQWKLVSURGXFWOLQH
3RZHU FRQYHUVLRQ HTXLSPHQW DV W\SLILHG E\ JHQHUDOSXUSRVH
LQYHUWHUVDQGXQLQWHUUXSWLEOHSRZHUVXSSOLHUVDUHVXEMHFWWRQHYHU
HQGLQJUHTXHVWVIRUKLJKHUHIÀFLHQF\VPDOOHUVL]HORZHUFRVWDQGOHVV
DFRXVWLFQRLVH3RZHUFRQYHUVLRQHOHPHQWVXVHGLQLQYHUWHUFLUFXLWV
DUHDOVRUHTXLUHGWRSURYLGHKLJKSHUIRUPDQFHORZFRVWDQGKLJKUHOL
DELOLW\0RUHRYHULQUHVSRQVHWRHQYLURQPHQWDOSUREOHPVOHDGIUHH
VROGHUKDVUHFHQWO\EHJXQWREHXVHGLQVWHDGRIWKHFRQYHQWLRQDOOHDGHG
VROGHU7KLVSDSHUGHVFULEHV)XML(OHFWULF·V1HZ'XDO,*%7PRGXOH
WKDWLVHTXLSSHGZLWK8FKLSVGHYHORSHGWRSURYLGHLPSURYHGFKDUDF
WHULVWLFVDQGWKDWXVHVOHDGIUHHVROGHU
!LL,EADFREE)'"4-ODULES
,OWPOWER)'"4-ODULES
9OSHITAKA.ISHIMURA
4ATSUO.ISHIZAWA
%IJI-OCHIZUKI
&UJI%LECTRIC*OURNAL6OL.OP-
/HDGIUHHVROGHUKDVEHJXQWREHXVHGLQVWHDGRIWKHFRQYHQWLRQDO
6Q3EVROGHULQHOHFWURQLFVSDFNDJLQJLQFRPSOLDQFHZLWKWKH(XURSHDQ
5R+6 GLUHFWLYH $FFRUGLQJO\ LW LV GHVLUHG WKDW ,*%7 PRGXOHV DQG
,30VEHDOOOHDGIUHH)XML(OHFWULFKDVLGHQWLÀHGWKHPHFKDQLVPWKDW
FDXVHVVROGHUMRLQWVWRIDLODQGKDVGHYHORSHGHQWLUHOHDGIUHHVROGHU
LQJWHFKQRORJ\WKDWXVHV6Q$J,QVROGHURQWKHLQVXODWLQJVXEVWUDWHDQG
6Q$JVROGHUDWWKHWHUPLQDODUHDV7KLVSDSHULQWURGXFHVWKHOHDGIUHH
WHFKQRORJ\DQGSURGXFWOLQHXSRI)XML(OHFWULF·V5R+6FRPSOLDQW,*%7
PRGXOHVDQG,30V
$EVELOPMENTOF0RESSURE3ENSOR#ELLFOR&UEL,EAK
$ETECTION
+ATSUYUKI5EMATSU
3HIGERU3HINODA
3YOUJIROU+URIMATA
9OSHIYUKI+USUNOKI
+OSUKE+OMATSU
-ASAHIRO+IKUCHI
&UJI%LECTRIC*OURNAL6OL.OP-
7KHSRZHUPRGXOHVXVHGLQSRZHUFRQYHUVLRQHTXLSPHQWDUHLQ
YDULDEO\UHTXLUHGWRSURYLGHORZHUORVVPRUHFRPSDFWVL]HDQGOLJKWHU
ZHLJKW,QUHVSRQVHWRWKHVHUHTXLUHPHQWV)XML(OHFWULFKDVGHYHORSHG
WKH´&33DFNµDQG´&33,0µORZSRZHU,*%7PRGXOHVWKDWVXSSRUW
ORZRXWSXWORDGVVXFKDVKRPHDSSOLDQFHV7KHPDLQVSHFLÀFDWLRQVRI
WKHVHPRGXOHVDUHDVIROORZV
（ 1）
5DWHGYROWDJHDQGFXUUHQW 9WR $ 9WR $
（ 2）
&RPSDFWVL]H8VHRIDOHDGIUDPHFRQVWUXFWLRQHQDEOHVDGUDPDWLF
UHGXFWLRQLQVL]HFRPSDUHGWRFRQYHQWLRQDOSURGXFWV0HHWV8/
VSHFLÀFDWLRQVIRUWKH 9EUHDNGRZQFODVV
（ 3）
&RPSOLHVZLWKHQYLURQPHQWDOUHJXODWLRQVOHDGIUHHSDFNDJH
3IMULATION4ECHNOLOGYFOR0ACKAGING
&UMIO3HIGETA
-OTOHITO(ORI
3OUICHI/KITA
&UJI%LECTRIC*OURNAL6OL.OP-
&UJI%LECTRIC*OURNAL6OL.OP-
$VDUHVXOWRIWKH2%'RQERDUGGLDJQRVWLFV\VWHPUHJXODWLRQV
LQ WKH 86 PDUNHW JDVROLQH HYDSRUDWLYH OHDN GHWHFWLRQ IRU IXHO WDQN
V\VWHPVLVLQFUHDVLQJO\EHLQJUHTXLUHG)XML(OHFWULFKDVGHYHORSHGD
SUHVVXUHVHQVRUFHOOIRUIXHOOHDNGHWHFWLRQWKDWXVHVD&026SURFHVV
EDVHGGLJLWDOWULPPLQJVFKHPH7KLVSDSHUSUHVHQWVDSURGXFWRYHU
YLHZ GLVFXVVHV FRQVLGHUDWLRQV UHODWLQJ WR WKH KLJK VHQVLWLYLW\ DQG
KLJKSUHVVXUHGHVLJQDQGUHSRUWVWKHUHVXOWVRIDSURGXFWHYDOXDWLRQ
7KHEDVLFVSHFLÀFDWLRQVRIWKHQHZO\GHYHORSHGVHQVRUFHOODUHVXLWHG
IRUDSSOLFDWLRQVZLWKLQWKHSUHVVXUHUDQJHRI ＋
− WR ＋
− N3DUHOD
WLYHSUHVVXUHDQGSDFNDJHRSWLRQVVXSSRUWDZLGHUDQJHRIPRXQWLQJ
PHWKRGV
3RZHU GHYLFHV DUH EHLQJ XVHG LQ DSSOLFDWLRQV LQ WKH LQGXVWULDO
FRQVXPHUDQGDXWRPRWLYHDQGRWKHUYDULRXVÀHOGV$FFRUGLQJO\WKHHV
WDEOLVKPHQWRIKLJKOHYHOLQWHJUDWLRQWHFKQRORJ\IRU,&VDQGWHFKQRORJ\
IRUSURYLGLQJKLJKHUUHOLDELOLW\VXFKDVE\SURYLGLQJJUHDWHUDELOLW\WR
ZLWKVWDQGWKHUPDOF\FOHVDQGWKHUHGXFWLRQLQWLPHQHHGHGWRGHYHORS
QH[WJHQHUDWLRQHOHPHQWDOWHFKQRORJ\DQGWRHYDOXDWHSDFNDJHGHVLJQV
DQGUHOLDELOLW\DUHLPSRUWDQWWRSLFV7KLVSDSHUGHVFULEHVWKHWKHUPDO
DQG VWUHVV VLPXODWLRQ WHFKQRORJ\ XVHG LQ WKH GHYHORSPHQW RI WKHVH
WHFKQRORJLHVDQGLQSDFNDJHGHVLJQDQGSUHVHQWVH[DPSOHDSSOLFDWLRQV
自動車電装用パワー MOSFET
自動車用大電流 IPS
竹内 茂行
富士時報
中澤 仁章
西村 武義
6OL.OP-（）
有田 康彦
富士時報
西村 武義
6OL.OP-（）
富士電機ÝåhIPS ä新規市場ÞÍÜŋsĨ制御用途hœŕs代
富士電機Ýåh車載部品電子化h電子ĠĢįʼn高効率化àßä要
替用途ĈĨsěĬıÞÍÕ大電流Ý使用可能àF5052HĈ開発
求á対応ÏāÕ÷h各種ĺŘs MOSFET Ĉ開発Íܺāg電動ĺ
ÍÕg本製品åıŕŜĪ構造Ĉ用ºÕ低ēŜ抵抗}8 mΩ MAX~ä
ŘsĢįċœŜę用àÿéá HEV àßä DC-DC ĜŜĹsĨ用Þ
出力段ĺŘs MOSFET Þ制御部 IC ÞĈĪĬŀēŜĪĬŀ構造Þ
ÍÜh低ēŜ抵抗特性h高ěsıÍú値電圧特性h高信頼性Ĉ有
ÍÕg主à特徴Ĉ以下á示Ïg①低ēŜ抵抗化h②高放熱処理可能
ÏāıŕŜĪ MOSFET 製品Ĉ系列化ÍܺāgôÕhDC-DC Ĝ
à小型ĺĬĚsġh③各種保護機能}ĹĬįœs逆接続時温度上昇
ŜĹsĨ用àÿéáİČĢĪŌsġŁĬIJŒŜŀä電子ĹŒĢı用
抑制àß~
h④高誘導性負荷đĶŔės耐量}ŋsĨŖĬĘ時破壊
ÞÍÜh高耐圧性h高速ĢčĬĪŜę特性Ĉ有Ïā SuperFAP-G
防止h並列接続時hđĶŔės分担可能~
g
Ġœsģ製品Ĉ提案Íܺāg
ソフトリカバリー LLD
マルチチップパワーデバイス「M-Power 2A シリーズ」
森本 哲弘
富士時報
島藤 貴行
6OL.OP-（）
高効率h低ķčģ化Â要求ËĂāĢčĬĪŜę電源áÀºÜh富
士電機Ýåh24 V 出力以上ä電源二次側整流用á最適à 300 Vh
富士時報
寺沢 徳保
太田 裕之
6OL.OP-（）
富士電機Ýåh高効率h低ķčģá優ĂÕ複合発振型電流共振
電源回路ÞÓä専用İĹčĢä M-Power 2 ĠœsģĈ開発Íhľ
400 V äĦľıœĔĹœsĩčēsIJĈ開発Íh製品化ÍÕgÓĂ
ŒĬıĺĶŔįŕļ用電源Ý好評Ĉ得ܺāg近年hľŒĬıĺ
åh従来Áÿ使用ËĂܺā 300 v 400 V ä超高速低損失ĩčēs
ĶŔįŕļä大画面化áþĀ電源ä大容量化ä要求¸Āh今回h
IJ}LLD~Þ比較Íh低逆漏Ă電流特性ÝĢčĬĪŜę時äĦľı
電源ä大容量化áø対応可能à M-Power 2A ĠœsģĈ開発ÍÕg
œĔĹœs性Ĉ有Íh電源ä低損失化ÞĢčĬĪŜę時ä跳ã上Â
M-Power 2A ĠœsģÝåh約 400 W 出力äĢčĬĪŜę電源á
Ā逆電圧Â小ËÅhķčģä低減áþĀhķčģ対策部品ä削減Ĉ
ôÝ適用可能ݸĀhM-Power 2 Ġœsģá対ÍÜh機能j性能
ø可能ÞÍܺāg本稿ÝåhÓä概要áÚºÜ紹介Ïāg
ä改善ø行Ùܺāg
256 ビット PDP アドレスドライバ IC
多出力 PDP スキャンドライバ IC
野見山 貴弘
富士時報
川村 一裕
佐藤 憲一郎
6OL.OP-（）
清水 直樹
富士時報
小林 英登
6OL.OP-（）
PDP}Plasma Display Panel~įŕļú液晶įŕļàßä薄型į
PDP}Plasma Display Panel~å大画面化ÖÇÝàÅ高画質h低
ŕļ市場Â急速á伸éāáÚĂÜhPDP įŕļá対ÍÜå一層ä
価格h低消費電力Â求÷ÿĂÜÀĀhPDP Ĉ駆動ÏāIJŒčĹ IC
低価格化j高品質化Â要求ËĂܺāgÉĂÿä要求á応¾āÕ÷h
á対ÍÜøh低ĜĢı化Þ高性能化Â常á要求ËĂܺāgÉä市
富士電機Ýåh低ĢčĬĪŜęķčģ技術hŕčċďı技術h寄生
場ä要求á応¾āÕ÷áhĢĖŌŜIJŒčĹ IC áÀºÜ多出力á
電流対策技術Ĉ適用ÍÕh256 ļĬı出力ä PDP ċIJŕĢIJŒč
着目ÍhHD}High Definition~ĺĶŔàÿ使用個数Ĉ従来ä 12 個
Ĺ ICFCE3273KĈ開発ÍÕg本稿Ýåh上記技術áÚºÜä
Áÿ 8 個á削減ÝÃhFull HD ĺĶŔáÀºÜå従来ä 18 個Áÿ
詳細Þ製品概要áÚºÜ紹介Ïāg
12 個á削減ÝÃā低ĜĢı化Â可能àĢĖŌŜIJŒčĹ IC Ĉ開発
ÍÕg
擬似共振型低待機電力電源制御 IC
園部 孝二
富士時報
打田 高章
6OL.OP-（）
1 チャネル出力降圧型 DC-DC コンバータ IC
藤井 優孝
富士時報
米田 保
6OL.OP-（）
近年h地球温暖化問題Â注目ËĂh特á電気製品Ĉ使用Íܺà
近年h電子機器åôÏôÏ小型化j軽量化j高機能化Â進ĉÝÀ
ÅÜøhĜŜĤŜıá接続ËĂܺā状態Ý消費ËĂā待機電力Ĉ
ĀhÉä電子機器Ĉ駆動ÏāÕ÷ä電源áÀºÜå小型j高効率j
減ÿÏÉÞÂ大Ãà課題ÞàÙܺāg富士電機Ýåh低消費電力
高出力ä要求äñÁh負荷急変á対Ïā速º電源ä応答性Â要求Ë
化á有効à起動素子内蔵ĨčŀäĢčĬĪŜę電源用制御 IC ä系
Ăāg富士電機ÝåÉä要求Ĉ満足ÏāÕ÷á制御方式á電流ŋs
列化Ĉ進÷ܺāg本稿Ýåh電気製品ä待機状態ݸā軽負荷時
IJĈ使用ÍÕ低ēŜ抵抗ä高耐圧ĺŘs MOSFET Ĉ内蔵ÍÕ 1
ú無負荷時á間欠動作ÏāÉÞÝh大幅à待機電力削減Ĉ可能ÞÏ
ĪŌĶŔ出力降圧型 DC-DC ĜŜĹsĨ ICFA7738N/PĈ開発j
ā擬似共振型制御 IC áÚºÜ紹介Ïāg
製品化ÍÕg本稿ÝåhÉä制御 IC ä特徴Àþé応用回路例Ĉ紹
介Ïāg
0OWER-/3&%4SFOR!UTOMOBILE%LECTRIC3YSTEMS
9ASUHIKO!RITA
4AKEYOSHI.ISHIMURA
(IGHCURRENT)03FOR!UTOMOTIVE5SE
3HIGEYUKI4AKEUCHI
-ASAAKI.AKAZAWA
4AKEYOSHI.ISHIMURA
&UJI%LECTRIC*OURNAL6OL.OP-
&UJI%LECTRIC*OURNAL6OL.OP-
)XML(OHFWULFKDVGHYHORSHGYDULRXVW\SHVRISRZHU026)(7VWR
VXSSRUWWKHWUHQGVWRZDUGGLJLWL]DWLRQRILQYHKLFOHHOHFWURQLFFRPSR
QHQWVDQGPRUHHIÀFLHQWHOHFWULFDOV\VWHPV)XML(OHFWULFSURYLGHVD
OLQHXSRIWUHQFK026)(7SURGXFWVKDYLQJORZ21UHVLVWDQFHKLJK
JDWHWKUHVKROGYROWDJHDQGKLJKUHOLDELOLW\IRUXVHLQHOHFWULFSRZHU
VWHHULQJV\VWHPVDQG'&'&FRQYHUWHUVLQ+(9VDQGVRRQ,QDGGL
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トレンチ形成におけるエッチング特性とプラズマ物性の関係
第二世代マイクロ電源
佐野 功
富士時報
臼井 吉清
関 知則
6OL.OP-（）
富士電機Ýåh携帯機器ä小型化j薄型化ä要求á合ÙÕhč
矢嶋 理子
富士時報
脇本 節子
市川 幸美
6OL.OP-（）
ĠœĜŜıŕŜĪåhıŕŜĪěsı MOSFET ú絶縁分離àßh
ŜĩĘĨÞ制御 IC Ĉ一体化ÍÕ第二世代ŇčĘŖ電源FB6831J
ËôÌôàİĹčĢÝ使用ËĂÜÀĀh現在ıŕŜĪđĬĪŜęå
Ĉ開発ÍÕäÝ紹介ÏāgFB6831J åhœĪďʼnčēŜĹĬįœs
ĖsŀŖĤĢÞàÙܺāg富士電機ÝåhıŕŜĪđĬĪŜęĈ
1 ĤŔ用途ä同期整流降圧ĜŜĹsĨݸāg第一世代品Þ比較Í
þĀ高精度á制御ÏāÕ÷áhıŕŜĪ形成áÀÇāđĬĪŜę特
Ü製品ĞčģĈ 40 % 削減Íh外形寸法 2.95 mm × 2.40 mmh厚Ë
性ÞŀŒģŇ物性Þä関係Ĉ調ïhŊĔĴģʼnä解明Ĉ試õܺāg
1 mm Ĉ実現ÍÕg携帯機器ä小型化h薄型化á貢献ÝÃāg
本稿ÝåhđĬĪŜęŕsıá関ÍÜŀŒģŇĦsĢĺŘsÞŇĢ
ĘĺĨsŜĈ変化ËÑÕÞÃäŀŒģŇ物性Ĉ調ïhÉĂÿäĺŒ
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富士電機のパワーデバイス
お問合せ先 : 富士電機デバイステクノロジー株式会社 半導体事業本部 産業事業部 電 話（03）5435-7152
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昭和 40 年 6 月 3 日 第三種郵便物認可 平成 18 年 9 月 10 日発行（年 6 回 1，3，5，7，9，11 月の 10 日発行）富士時報 第 79 巻 第 5 号（通巻第 840 号）
本誌は再生紙を使用しています。
雑誌コード 07797-9 定価 735 円（本体 700 円）