FEJ 81 06 0000 2008

昭和 40 年 6 月 3 日 第三種郵便物認可 平成 20 年 11 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 81 巻 第 6 号（通巻第 853 号）
ISSN 0367-3332
.OV
特集 半導体
.OV
特集 半導体
目 次
特集 半導体
半導体デバイスへの期待
（ 1 ）
嶋田 隆一
半導体の現状と展望
（ 2 ）
関 康和 ・ 高橋 良和 ・ 藤平 龍彦
ハイブリッド車モータ駆動用 IGBT モジュール
（ 6 ）
市川 裕章 ・ 市村 武 ・ 征矢野 伸
IGBT ハイパワーモジュール
（10）
西村 孝司 ・ 高宮 喜和 ・ 中島 修
IPM 用小型ドライバ IC
（15）
森 貴浩 ・ 中森 昭 ・ 山村 太久生
第 6 世代パワー MOSFET「SuperFAP-E3 900 V シリーズ」
（19）
久保山 貴博 ・ 山田 忠則 ・ 新村 康
第 6 世代パワー MOSFET「SuperFAP-E3S 低 Qg シリーズ」
（23）
荒木 龍 ・ 原 幸仁 ・ 渡邉 荘太
自動車用トレンチ MOSFET
（27）
有田 康彦 ・ 中村 賢平 ・ 西村 武義
表紙写真
インテリジェントパワー MOSFET
（30）
岩田 英樹 ・ 岩水 守生 ・ 豊田 善昭
低待機電力擬似共振電源 IC「FA5571 シリーズ」
（35）
丸山 宏志 ・ 手塚 伸一 ・ 渕先 寛教
臨界型 PFC 電流共振統合電源 IC「FA5560M」
（39）
園部 孝二 ・ 陳 建 ・ 手塚 伸一
高効率降圧コンバータ IC「FA7743N」
（44）
大和 誠 ・ 山田谷 政幸 ・ 一岡 明
携帯機器用マルチチャネル電源 IC「FA7763R」
（48）
遠藤 和弥 ・ 大和 誠 ・ 一岡 明
高機能ワンチップイグナイタ
パワー半導体は，地球温暖化防止に向けた
エネルギー消費量削減のためのキーデバイス
自動車向け高地補正用小型大気圧センサ
として，近年では自動車（ハイブリッド車）
斉藤 和典 ・ 芦野 仁泰 ・ 栗又 正次郎
の電力変換部や，太陽光・風力発電に代表さ
IGBT モジュールの損失・温度シミュレータ
れる新エネルギーシステム用の電力変換デバ
高久 拓 ・ 五十嵐 征輝 ・ 井川 修
イスとして需要はさらに拡大している。
富士電機は，IGBT，高機能 MOSFET，パ
ワーダイオード，パワー IC などを製品化し，
伝導性 EMI ノイズのモデリングと低減技術
埋込みエピタキシャル技術
野に最適なソリューションを提案することに
栗林 均 ・ 山口 一哉 ・ 矢嶋 理子
より，地球環境保全への貢献を目指している。
自動車用 IPS デバイス技術
表紙写真は，第 5 世代 IGBT「U4 シリー
豊田 善昭 ・ 原田 祐一 ・ 上西 顕寛
モジュール（ハイパワーモジュール）である。
（55）
（58）
（63）
陳 清 ・ 高久 拓 ・ 五十嵐 征輝
産業・自動車・情報・民生などさまざまな分
ズ」のラインアップを拡充した，
大容量 IGBT
（52）
石井 憲一 ・ 宮沢 繁美 ・ 山本 毅
SiC パワー MOSFET 用トレンチ形状制御技術
（67）
（70）
（74）
河田 泰之 ・ 俵 武志 ・ 中村 俊一
産業インフラ分野で使用される高圧・大容量
インバータや風力発電システムの電力変換装
置への適用拡大を期待している。
富士時報 VOL.81 2008（平成 20 年）総目次
（巻末 3 ページ）
特集 半導体
半導体デバイスへの期待
特 集
嶋田 隆一}ÍôÖeĀû¼º×~
東京工業大学統合研究院ソリューション研究機構教授 工学博士
{必要å発明ä母|Þ言¼言葉¸āgĴsģÞĠsģ
ä関係ÖÞÏāÞhĴsģàÅÍÜ進歩å無ºÞº¼ÉÞ
ÝhºôËÿàÂÿ工学ä原点Þøº¾ā言葉ݸāg
ÁÚÜh私å真空放電ėŌĬŀĈ使ÙÕ大電力 16 MW
起動ıŔĘĈ増大h発電機ä出力電圧Ĉø増大ÝÃāg
富士電機ä内田喜之氏}当時~áåhÉä磁気đĶŔ
ės回生ĢčĬĪĈ MERS}Magnetic Energy Recovery
Switch~Þ名付ÇܺÕÖºÕgôÐh欧州Ý盛ĉà風
ä 1 MHz 発信器Ĉ製作ÍÕÂhÓĂå核融合ŀŒģŇä
力発電用áh発電機Þ変換器ä損失Ĉ下Èh出力ĽsĘĈ
安定制御用ݸÙÕgôÕ石油ĠŐĬĘä折áåh世Ĉ¸
上Èā革新技術ÞÍÜ開発Ïā計画ݸāgMERS å直
ÈÜđĶŔės開発Â盛ĉÝh私å原子力研究所áÀºÜ
列接続äĢčĬĪàäÝ損失ä少àº半導体İĹčĢå不
核融合実験装置 JT-60 äŀŒģŇ電流励起用直流遮断器
可欠ݸāgÉÉÝhĥŖ電圧ĥŖ電流äĦľıĢčĬĪ
92 kA-25 kV ä開発á携ąĀhĞčœĢĨ型遮断器ø同時
Þ電圧源ĜŜİŜĞä無º電流型変換á着目ÍÜhēŜ電
á試作ÍÕgÓä後 JT-60 用ä磁場ĜčŔ電源ÞÍÜ 100
圧 1.54 V ä IGBT Â開発ËĂÕg
万 kW ä直流電源Ĉ開発g4 kV-3 kA äĞčœĢĨĈ使Ù
Éä度hēsŒŜIJÝäĺŘs半導体国際会議 ISPSD
Õ巨大àŀŒģŇ制御電源ä開発áÀºÜå 50 万 kW ä
第 20 回記念大会Ý招待講演ÞÍÜ発表Ïā機会¸Āh
発電機ä全出力ĈĞčœĢĨ変換器群á供給Ïāøäݸ
ÉÉÝå省đĶĢčĬĪhęœsŜ IGBT Þ賞賛ËĂÕg
āgÓäĞčœĢĨ変換器å 20 年Ĉ経Ü今ø故障ø無Å
特á欧州ä風力発電業界á注目ËĂh風力関係ä商業雑誌
稼動ÍܺāgÉä時äĞčœĢĨå×ý¼ß直流送電á
áø紹介ËĂÕg東工大äĦœŎsĠŐŜ研究機構Â÷
向ÇÜh各社Â世界最大ä大型 100 mmφäĞčœĢĨĈ
ÌÍܺāhĴsģĈ先取ĀÏāĠsģ開発ä成果ݸāg
作Ā始÷Õ時期äøäݸĀhÓĂå直流送電用ݸÙÕ
Éä度hłŔœŜ工科大学Þ東工大Þä全学研究協力協
Õ÷高耐圧Ĉ目指ÍÕøäݸÙÕg
定Â結æĂhÓä中心įsŇå MERS 電流型ĢčĬĪ応
ÍÁÍ核融合å大電流Ýå¸āÂ低電圧àäݸāgÉ
用á係ā広º省đĶ技術h電力貯蔵技術ݸāg希望ÞÍ
ÉáĴsģÞĠsģäňĢŇĬĪ¸ÙÕg後日h当時ä
ÜåhđĶŔės技術äĴsģÞĠsģá対ÍÜIJčĭ企
文部省未来開拓研究委員会áÀºÜh次期ä核融合実験炉
業ø加ąĀ日独共同ŀŖġĐĘıÞàāÞ¼ĂͺäÖÂg
ITER ŀŖġĐĘı用電源á数百万 kW ä需要¸āäÝ
東工大áå産業現場á強ºÞº¼ºąüā蔵前精神Þº
耐圧Ĉ下ÈÜ超電導ĜčŔ用á通電ŖĢä小˺ĞčœĢ
¼øä¸Āh新概念Ĉ提示ÍÜđŜIJŏsğsä評価Ĉ
ĨĈ作ĂàºøäÁÞh提案ÍÕÉÞ¸āgÉä未来開
得ÜÉÓ東工大ä産業ĦœŎsĠŐŜ研究ÝhÉĂÂ世界
拓委員会åÓä時äİĹčĢ開発者ÞĺŘđŕ開発者Â一
Ý生ÁËĂāÞ思¼g諸外国ä追º上Èå速ºg特á世界
堂á会ÍÜ未来ä半導体İĹčĢáÚºÜ論ÎÕ実á有意
ä市場Ý新技術Ĉ生ÁÓ¼ÞÏāIJčĭä姿勢áå感心Ë
義à会ݸÙÕÂhôËáĴsģhĠsģä出会ºä場Ý
ÑÿĂÕg特任教授ä志賀雅人氏áþāÞh重要àäå産
¸ÙÕäÖg結果的áĞčœĢĨäēŜIJŖĬŀå下Èÿ
業革命以来äŀŖĩĘıjċďı型ÁÿhÏÝáŇsĚĬ
ĂāÉÞÂąÁÙÕg
ıjčŜ型á移行ÍܺāhÞäÉÞݸāg
今回ä東京工業大学}東工大~Þ富士電機İĹčĢįĘ
半導体İĹčĢáÀºÜøhĔĢĨʼn開発ä時代áàÙ
ķŖġsÞä共同研究ä成果åÉĂĈ下地áÍܺāÞº
Õg今回ä MERS 用 IGBT åÓä成功例ݸāgÓĂÂ
¾āg東工大ÝåĢijĹsđĶŔėsä回生機能Ĉ持ÙÕ
øÞÝ MERS 技術å進展ÍhMERS 用 IGBT Ĉ周波数可
逆導通半導体ĢčĬĪäĿœĬġ構成ĢčĬĪä応用先
変ä誘導加熱á用ºā開発Â進ĉݺāgĺŘs半導体İ
Ĉ模索ÍܺÕgÉäĢčĬĪå回路Þ負荷ä磁気đĶ
ĹčĢáÀºÜå決ÍÜĔĨŖę値ä高性能Â世界äĴs
ŔėsĈ回生ÏāÉÞÁÿh力率Ĉ改善Ïā AC ĢčĬĪ
ģÝåàºg個々ä顧客á喜æĂāġŌĢıľČĬıà半
ݸāg力率ä改善áþĀh誘導電動機ä力率Â改善ËĂh
導体İĹčĢĈ提供ÏāÉÞÂ重要ݸāg
（ 1 ）
富士時報 6OL.O
半導体の現状と展望
特 集
関 康和}ÑÃeúÏÁÐ~
高橋 良和}ÕÁåÍeþÍÁÐ~
藤平 龍彦}ëÎèÿeÕÚèÉ~
化ËÑhËÿá低損失化Þ低ķčģ化Ĉ実現ÍÕg図 1 áh
まえがき
U ĠœsģÞ V ĠœsģäĪĬŀ特性ä比較Ĉ示Ïgô
2008 年 7 月á北海道洞爺湖Ý開催ËĂÕ G8 主要国会議
ÕĺĬĚsġ構造áÀºÜå熱ŇĶġŊŜıä最適化Ĉ行
Ýåh地球温暖化Â最大ä課題ÞÍÜ取Ā上ÈÿĂÕgÓ
ºh一部ä電流定格品áÀºÜå従来þĀø 1 ŒŜĘ小Ë
ĂÖÇ事態å深刻à状況áàĀÚÚ¸āÉÞĈ認識ÑÌā
àĺĬĚsġÞÏāÉÞÂÝÃÕgËÿáËôÌôà顧客
Ĉ得àº状況ݸāg
Ĵsģá対応ÍhåĉÖľœsä接続構造Ĉ持ÚĺĬĚs
富士電機Ýå本業á環境îä取組õĈļŔıčŜÏā環
境経営Ĉ推進ÍÜÀĀh
{少àº資源ÞđĶŔės消費Ýh
ġø準備Íܺāg 図 2 á V Ġœsģ IGBT ŋġŎsŔ
ä製品系列Ĉ示Ïg
ôÕhIGBT ĸčĺŘsŋġŎsŔîä展開ø加速ÍÜ
ʼnĩÂàÅ効率的àøäÚÅĀ|Ĉ目指ÍÜh長年培ÙÕ
（ 1）
Ĝċ技術ĈËÿá進化ËÑ継続的改善á取Ā組ĉݺāg
ºāg主ÞÍÜ産業čŜľŒ分野Ý使用ËĂā高圧j大容
電力đĶŔėsä効率的à利用Ĉ可能áÏāĺŘsđŕ
量čŜĹsĨú風力発電ĠĢįʼnä電力変換装置向ÇÞÍ
ĘıŖĴĘĢ技術åh地球環境保護hCO2 削減Ĉ実現Ïā
Ü展開Ĉ開始ÍÕg 図 3 á示Ïþ¼áh第 5 世代‡U4 Ġ
重要技術ä一ÚÞÍÜ位置ÛÇÿĂܺāg特áĺŘsđ
œsģˆIGBT ĪĬŀĈ搭載ÍhĸčĺŘsŋġŎsŔÞ
ŕĘıŖĴĘĢ技術Ĉ支¾ā基幹部品ÞÍÜäĺŘs半導
Í Ü 1,200 V/600 v 3,600 Ah1,700 V/600 v 3,600 A 定 格
体åhËÿáÓä重要性Ĉ増ÏøäÞ考¾Üºāg
品Ĉ提供ÏāgÉĂÿäĸčĺŘsŋġŎsŔå基板材料
最近äĺŘs半導体á対Ïā要求åh環境á優ÍÅ使º
ÞÍÜ窒化Ěč素Ĉ用ºāÉÞáþĀ大Ãà電流定格Ĉ実
úϺÉÞݸāg環境á悪影響Ĉ及òÏ部品材料Ĉ使ą
現ÍܺāgËÿáķčģä発生Ĉ抑制ÏāÞÞøáh電
àºäå当然äÉÞݸāgËÿá従来ä低価格化ú低損
力損失Ĉ従来比Ý 30 % 低減ÍÜÀĀh使ºúÏËÞ変換
失化Þº¼要求á加¾Ü{使ºúÏË|Â強Å求÷ÿĂÜ
効率向上áþĀ省đĶŔėsá貢献Íܺāg
ÀĀhÓä中áå低ķčģ化á代表ËĂā環境保護îä取
組õ技術ø含ôĂܺāg
ƒ注 1„RoHSk電気電子機器á含ôĂā特定有害物質ä使用制限áÚ
本稿Ýåh富士電機ä代表的àĺŘs半導体製品ݸāh
ºÜä EU}欧州連合~ä指令
ĺŘsŋġŎsŔhĺŘsİČĢĘœsıhĺŘs IC À
þ é 自 動 車 用 MOSFET}Metal-Oxide-Semiconductor
Field-Effect
図
U シリーズと V シリーズ IGBT のトレードオフ比較
Transistor~Ĉ中心áhÓä現状Þ展望Ĉ述
180
ïāg
パワーモジュール
富士電機å IGBT}Insulated Gate Bipolar Transisitor~
áÀºÜh常á業界ĈœsIJÍÜÃÜÀĀh新Õá第 6 世
代 IGBT‡V Ġœsģˆä製品販売Ĉ開始Ïāg
V Ġœsģ IGBT ŋġŎsŔÝåh環境問題Ĉ第一á
ターンオフ損失（ J/A）
T j ＝125 ℃
160
他社 A
140
120
U4 シリーズ
100
100 A 以上
80
考¾h全ĺĬĚsġ系列áÀºÜ RoHS 対応Ĉ実現ËÑÕg
IGBT ĪĬŀ構造áÀºÜåh
‡U ĠœsģˆÝ開発ÍÕ
75 A 以下
V シリーズ
ƒ注 1„
60
1.7
1.8
1.9
2.0
2.1
オン電圧（V）
2.2
2.3
ıŕŜĪěsı構造ÀþéľČsŔIJĢıĬŀ構造Ĉ進
関 康和
高橋 良和
藤平 龍彦
半導体ä研究開発á従事g現在h
半導体ä研究開発á従事g現在h
半導体ä研究開発h事業戦略h経
富士電機İĹčĢįĘķŖġs株
富士電機İĹčĢįĘķŖġs株
営á従事g現在h富士電機İĹč
式会社半導体開発営業本部開発統
式会社電子İĹčĢ研究所長g工
ĢįĘķŖġs株式会社取締役g
括部長g工学博士g電気学会会員g
学博士g電気学会会員h応用物理
工学博士g電気学会会員h応用物
学会会員hđŕĘıŖĴĘĢ実装
理学会会員h日本金属学会会員g
学会会員h日本İğčŜ学会会員g
（ 2 ）
富士時報 6OL.O
図
半導体の現状と展望
V シリーズ IGBT モジュールの製品系列
10
（A） 15
pin
25
35
50
75
100
150
200
225
300
400
450
600
900
1,200
PIM（EP2XT）
EP2/PC2
EP3/PC3
PIM（EP3XT）
ピン
6 in 1（PC2XT）
600 V
6 in 1（PC3XT）
はんだ
2 in 1（DualXT）
Dual
ねじ
pin
PIM（EP2XT）
EP3/PC3
PIM（EP3XT）
EP2/PC2
ピン
6 in 1（PC2XT）
6 in 1（PC3XT）
はんだ
Dual
ねじ
1,200 V
2 in 1（DualXT）
6 in 1（EconoPackXT）
spring
はんだ
フリー
ばね
6 in 1（SPF）
spring Dual
2 in 1（DualXT）
図
次世代自動車用ĺŘsŋġŎsŔåh第 6 世代 V Ġœs
IGBT ハイパワーモジュール
ģ IGBT ĪĬŀĈ搭載Íh小型化h低損失化áþĀ高ĺ
Řs密度化Ĉ実現ÍÜh従来比 40 % ä小型化Ĉ可能ÞÍ
ÕgŇčŔIJĸčĿœĬIJĠĢįʼnîä搭載Ĉ目的ÞÍÕ
Éä次世代自動車用ĺŘsŋġŎsŔåh現在ĞŜŀŔĈ
展開中ݸāg
IGBT ÞÍÜä特性åhÏÝá第 6 世代 V Ġœsģ IGBT
Ýh理論限界á近ÛÃÚÚ¸āgIGBT ŋġŎsŔÞÍ
ÜËÿá使ºúÏÅÏāÕ÷áåhFWD}Free Wheeling
（ 3）
（ 4）
Diode~ä特性改善úĺĬĚsġä研究開発Â必要Þàāg
ÉĂÿä総合技術áþĀh低ķčģh高信頼性ÝþĀ使º
úϺ IGBT ŋġŎsŔî進化ËÑāÉÞÂÝÃāg
パワーディスクリート
ôÕh東京工業大学嶋田教授Þä共同研究Ýåh磁気đ
ĶŔės回生ĢčĬĪ}MERS~Ĉ適用Íh風力発電用á
高耐圧ĺŘs MOSFET Ýåh
‡SuperFAP-E3S 低 Qg Ġ
最適化ÍÕ IGBT ŋġŎsŔĈ開発ÍÕgMERS á適用
œsģˆÞ‡SuperFAP-E3 900 V ĠœsģˆĈ開発ÍÕg
ËĂā IGBT åhĢčĬĪŜę周波数Â従来ä周波数}≦
最近Ýå高耐圧 MOSFET Ĉ使用Ïā電源装置分野Ýåh
数 kHz~á比ïÜh数十 Hz Þ低º周波数Ý動作Ïāg一
特á環境対策äÕ÷各種電子機器ä省đĶŔės化ä要求
方Ý MERS å直列接続ä電力変換ݸāÕ÷h導通損失
Â強ôāÞ同時áh国際đĶŔėsĢĨsŀŖęŒʼn 基準
ä増加Â問題ÞàāgÓÉÝıŕsIJēľ特性Ĉ見直Íh
áþĀ電力効率向上Â規制Â強化ËĂhĢčĬĪŜę電源
ēŜ電圧Ĉ 1.54 V ôÝ低減ÏāÉÞÝ変換器全体ä効率
áÀÇā高効率化á対Ïā要求ÂôÏôÏ強ºøäáàÙ
〈注 4〉
（ 2）
Ĉ改善ÍÕg
ܺāgôÕ各種ķčģ規制ĈĘœċÏāÕ÷áh低損
自動車用ĺŘsŋġŎsŔ製品áÀºÜåh現在第 5 世
代 U Ġœsģ IGBT ŋġŎsŔĈ搭載ÍÕ昇降圧ĜŜĹs
ƒ注 2„ĘŒďŜkıőĨ自動車株式会社ä登録商標
Ĩ IGBT IPM}Intelligent Power Module~Þ両面åĉÖ
ƒ注 3„LEXUSkıőĨ自動車株式会社ä登録商標
付Ç実装Ĉ可能ÞÍÕ÷ÙÃĪĬŀĈ量産化ÍÜÀĀhı
ƒ注 4„国際đĶŔėsĢĨsŀŖęŒʼnkOA 機器ä省đĶŔės
ƒ注 2„
ƒ注 3„
őĨ ĘŒďŜ ĸčĿœĬIJhLEXUS LS600hhLS600hL
äÕ÷ä国際的à環境ŒłœŜę制度g経済産業省Þ米国環
àßá採用ËĂܺāg
境保護庁ä相互承認ä下Ý運営Íܺāg
（ 3 ）
特 集
主端子
富士時報 6OL.O
図
半導体の現状と展望
第 2 世代リチウム電池保護 IC
図
COC パッケージの外観と内部構造
特 集
第１世代
チップサイズ；1.6 mm×1.6 mm
MOSFET（TLPM）
R on・A =12 mΩmm2
第 2 世代
チップサイズ；1.6 mm×1.32 mm
MOSFET（TLPM）
R on・A =8 mΩmm2
（a）外 観
（b）内部構造
失化Þ同時á低ķčģ化ä要求Ĉ満ÕËàÇĂæ商品ÞÍ
産化ÍÕg今回å 2007 年á量産化ÍÕ第 1 世代品á続Ãh
Üä価値Âàºg富士電機Ýåh2007 年áĢčĬĪŜę
ĺŘs MOSFET 部分ä単位面積¸ÕĀäēŜ抵抗 2onj!
電源ä高効率化h低ķčģ化Ĉ実現ÏāĺŘs MOSFET
Ý 8 mΩmm2 Ĉ達成Í業界最高ŕłŔĈ実現Í市場要求
ÞÍÜh第 6 世代高耐圧 MOSFET‡SuperFAP-E3 500 V
á応¾Õøäݸāg第 2 世代品å第 1 世代品Þ比較ÍÜ
Ġœsģˆ
‡SuperFAP-E3 600 V ĠœsģˆĈ系列化Í展
ĪĬŀĞčģÝ 17.5 % ĠŎœŜĘĈ実現ÍÕgĪĬŀ写
開ÍÕgÉĂåŀŕsij構造Ýä業界最小ä低ēŜ抵抗
真Ĉ図 4 á示Ïg
SuperFAP-E3S
低 Qg Ġ
ĺŘs IC ä低損失化Þ小型化áÞÙÜ重要à技術åh
œsģåh500 Vh600 V Ġœsģä低ēŜ抵抗特性hěs
内蔵ÏāĺŘsİĹčĢä低損失化Þ小型化ݸāg富士
特性Ĉ持Ùܺāg今回開発ÍÕ
ı抵抗制御性Þ低ķčģ性能åÓäôôáhĢčĬĪŜ
電機ÝåhĺŘs IC á内蔵ÏāĺŘsİĹčĢä低損失
ę性能Ĉ向上ËÑÕøäݸāgÉĂåh既存ä Super
化Þ小型化ä研究開発Ĉ継続的á進÷ܺāg
（ 6）
FAP-E3 ĠœsģäěsıĪŌsġ特性 Q g Ĉ従来比約
20 % 低減ËÑÜÀĀhÉĂáþĀĢčĬĪŜę損失ä低減
自動車用デバイス
Ĉ実現Íܺāg
ôÕhSuperFAP-E3 900 V Ġœsģå 500 Vh600 V Ġ
高機能ŘŜĪĬŀčęijčĨ
（ 1）
œsģĈ高耐圧化ÍÕøäݸāgÉĂåhċĹŒŜĠĐ
複数部品Ý構成ÏāĸčĿœĬIJ型äčęijčĨÁÿŘ
電流Â流Ă込ö寄生ĹčņsŒıŒŜġĢĨ動作ä抑制À
ŜĪĬŀ型äčęijčĨîä移行Â加速ÍܺāgÉĂá
þéċĹŒŜĠĐ時ä各ĤŔ間ä不均一動作ä解消áþĀh
呼応ÍÜhIGBT ŘŜĪĬŀä中á保護機能äÏïÜĈ組
ċĹŒŜĠĐ耐量å従来比 2 倍Ĉ実現Í破壊Íáźøä
õ込ĉÝ製品化Ĉ実現ÍÕg
á仕上ÈÕg
自己保護機能Ĉ充実ÍÕÉÞÂņčŜıݸāg素子単
高耐圧ĺŘs MOSFET ä分野áÀºÜø低価格化h小
体Ý破壊ÍàºhĜčŔĈ焼損ËÑàºh異常点火Ýøđ
型化h低損失化h低ķčģ化Â強Å求÷ÿĂÜÀĀhÉĂ
ŜġŜ破壊Ĉ防止Ïāàßä機能Ĉ実現ÍhŘŜĪĬŀÝ
ÿä要求á応¾āÉÞÂÝÃāþ¼á研究開発á注力ÍÜ
小型äĺĬĚsġ‡TO220ˆĈ製品化ÍÕg
IPS}Intelligent Power Switch~
（ 2）
ºāg
将来á向ÇÜĢsĺsġŌŜĘĠŐŜ MOSFET áÀÇ
自動車電装用ä ECU}Engine Control Unit~å搭載環
ā最適設計áþā低抵抗化Þ低価格化Ĉ両立ËÑāÕ÷ä
境Â室内ÁÿđŜġŜŔsʼnhËÿáå負荷装置á組õ込
（ 5）
研究開発ø推進中ݸāg
ôĂāàßh小型化h高機能化á加¾Ü過酷à環境下Ýø
破壊ÍàºÉÞÂ要求ËĂāg富士電機å小型化äÕ÷
パワー IC
COC}Chip On Chip~
hCSP}Chip Size Package~ ä 製
ĺŘs IC Ýå次á示Ïþ¼àËôÌôà成果Ĉ上ÈÜ
2 ĪŌĶŔ品ä製品化Ĉ実現ÍÕgSOP-8 ĺĬĚsġá状
品化Þ系列化Ý対応ÍÜÃÕÂhËÿá状態出力Ĉ備¾Õ
ºāg
œĪďʼnčēŜ電池保護 IC
（a）
態出力 2 ĪŌĶŔĪĬŀĈ搭載ÍÕ製品å他社áåàºg
今回開発ÍÕ COC 技術ÝåhCOC ĺĬĚsġáÀÇā
（b）
臨界型 PFC 電流共振統合電源 IC‡FA5560Mˆ
IC ĪĬŀ接着用ľČŔʼn材料ä熱応力挙動Ĉ分析Íhþ
低待機電力擬似共振電源 IC‡FA5571 Ġœsģˆ
（c）
Ā高信頼性Ĉ実現ÍÕg図 5 á COC ĺĬĚsġä外観Þ
高効率降圧ĜŜĹsĨ IC‡FA7743Nˆ
（d）
内部構造Ĉ示Ïg図á示Ïþ¼áœsIJľŕsʼnáåĉÖ
携帯機器用ŇŔĪĪŌĶŔ電源 IC‡FA7763Rˆ
（e）
付ÇÍÕ MOSFET ĪĬŀ上áhIC ĪĬŀĈ接着ÍÕ構
（ 7）
œĪďʼnčēŜ電池保護 IC åh富士電機独自ä低ēŜ
抵抗三次元ĺŘsİĹčĢä実用化áþĀ世界Ý初÷Ü量
（ 4 ）
造ÞàÙܺāg
圧力ĤŜĞ
（ 3）
富士時報 6OL.O
半導体の現状と展望
化h小型化h高信頼性化h低価格化àß継続的áÓÍÜ革
CMOS ŀŖĤĢáþāİġĨŔıœňŜę型ä圧力ĤŜ
新的á進÷ܺÁãæàÿàºgôÕ何þĀøÀ客様ä
ĞĈ市場á投入ÍÜÃÕgÓä用途å主á吸排気系ä圧力
視点á立×h
{使ºúϺ|商品ݸāÉÞĈ基軸áÍÜh
測定ݸāgôÕh新用途ä圧力ĤŜĞø積極的á開発Í
今後Þø技術開発Ĉ続ÇܺÅ所存ݸāg
ÜÀĀhÓä一ÚÂ大気圧ĤŜĞݸāgÉĂåh高地走
行時äđŜġŜ性能Ĉ最適化Ïā目的ÝhECU ä高地補
参考文献
正ĈÏāøäݸāgÓä他新用途ä圧力ĤŜĞÞÍÜh
富士電機ęŔsŀ ĞĢįČijļœįČŕņsı 2008.
（ 1）
đċĜŜàßä高圧ĤŜĞh燃料ĨŜĘä漏Ă検出ĤŜĞ
高久拓ñÁi磁気đĶŔės回生ĢčĬĪĈ用ºÕ電力変
（ 2）
àßä開発Ĉ推進Íܺāg
換ĠĢįʼni富士時報ivol.80, no.6, 2007, p.402-405.
自動車用İĹčĢáÀºÜåh富士電機ä持Ùܺā独
Onozawa, Y. et al. Development of the 1200 V FZ-diode
（ 3）
自技術ä強õĈ生ÁÍÜ顧客要求á応¾ÜÃÕg今後ø顧
with soft recovery Characteristics by the new local lifetime
客Þä連携Ĉ重視Íh低価格化h小型化h高信頼性化Ĉ目
08. p.80.
control technique. Proc. of ISPSD ’
指ÍÜ顧客要求á応¾ÜºÃÕºg
Ikeda, Y. et al. A study on the reliability of the chip
（ 4）
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surface solder joint. Proc. of ISPSD ’
あとがき
Sugi, A. et al. Super Junction MOSFETs above 600 V
（ 5）
with Parallel Gate Structure Fabricated by Deep Trench
環境問題Â現実ä問題ÞÍÜ大ÃÅàĀ始÷ܺā現在
08. p.165.
Etching and Epitaxial Growth. Proc. of ISPSD ’
áÀºÜh企業Â果ÕÏïÃ役割å大úg富士電機Ýå
Sawada, M. et al. High side n-channel and bidirectional
（ 6）
地球温暖化防止îä取組õĈ経営重要課題Þ位置ÛÇÜ推
Trench Lateral Power MOSFETs on one chip for DCDC
進ÍÜÀĀhĺŘsđŕĘıŖĴĘĢ技術分野ÝåhÓä
基幹部品ݸāĺŘs半導体Ýä技術革新ÂÓä付託á応
¾ÿĂāþ¼努÷ܺāg
本稿ÝåhĺŘs半導体ä主要製品Ĉ中心á現状Þ展望
08. p.107.
converter ICs. Proc. of ISPSD ’
今井誠ñÁiĺŘsĪĬŀēŜĪĬŀ}COC~ĺĬĚsġ
（ 7）
技術ä開発i14th Symposium on Microjoining and Assembly Technology in Electronics. 2008, p.323.
Ĉ述ïÕgºÐĂä製品áÀºÜøh低損失化Þ低ķčģ
（ 5 ）
特 集
圧 力 Ĥ Ŝ Ğ Ý åh 第 5 世 代 圧 力 Ĥ Ŝ Ğ Þ Í Ü Ï Ý á
富士時報 6OL.O
ハイブリッド車モータ駆動用 IGBT モジュール
特 集
市川 裕章}º×Áąeèă¸Ã~
市村 武}º×öÿeÕÇÍ~
征矢野 伸}ÓúäeÍĉ~
まえがき
ハイブリッド車用パワーデバイス
世界規模Ýä地球温暖化抑制ä流ĂĈ受Çh自動車Ŋs
自動車ä限ÿĂÕĢŃsĢáčŜĹsĨhŋsĨÀþ
Ĕs各社ø環境問題hCO2 削減á取Ā組ĉݺāg現在量
éĹĬįœsĈ搭載ÍĸčĿœĬIJ化Ĉ実現ÏāÕ÷áåh
産ËĂܺāĸčĿœĬIJ車å CO2 排出量ä少àºđĜ
ĠĢįʼnä軽量化Â必要ݸāgĺŒŕŔĸčĿœĬIJĈ
ĔsÞÍÜ社会的認知度Â高ÅhÉÉ数年Ý急速á普及Í
普及ËÑāÕ÷áå高価àčŜĹsĨhŋsĨÀþéĹĬ
ÚÚ¸āg
įœsä容量Ĉ必要最小限ÞÏā必要¸Āh20 kW 以下
ĕĦœŜĸčĿœĬIJĠĢįʼnåhđŜġŜ効率ä低º
äŋsĨĈ用ºāäÂ一般的ݸāgĺŘsİĹčĢä性
始動Áÿ低速時áŋsĨÝđŜġŜĈċĠĢıÍÕĀh減
能Ĉ生ÁÏÕ÷áåh加速時áŋsĨá流Ăā過渡的à最
速時á回生ĿŕsĖÝ発電Í効率þÅĹĬįœsá充電Ï
大電流áþāİĹčĢä温度上昇Ĉ許容範囲内á抑¾āÉ
āÉÞÝ燃費Ĉ改善ÏāĠĢįʼnݸāg
ÞÂ重要ݸāg万一許容温度Ĉ超¾Õ場合ÝøĪĬŀ温
ĸčĿœĬIJĠĢįʼnä主要ĜŜņsĶŜıåhŋsĨ
度Ĉ常時監視ÍŋsĨ出力Ĉ制限Ïā制御Ĉ組õ込õh過
ÞĹĬįœshčŜĹsĨÝ構成ËĂܺāgÉä中Ýč
電流áþāİĹčĢä熱破壊Ĉ未然á防止ÝÃā安全設計
ŜĹsĨåĹĬįœsÁÿŋsĨîä電力供給ÞhŋsĨ
Ĉ併ąÑ持Ú必要¸āg
Ý発電ÍÕđĶŔėsĈĹĬįœsá蓄¾ā電力変換Ġ
ôÕ減速時á電力回生ĿŕsĖ}389 Ńsġä‡解説ˆ
ĢįʼnÞÍÜ使ąĂܺāgÉä電力変換ĠĢįʼnä主Ģ
参照~Ĉ用ºāÉÞÝh従来å油圧ĿŕsĖÁÿ熱ÞÍÜ
čĬĪŜęİĹčĢÞÍÜhIGBT}Insulated Gate Bipo-
放出ËĂܺÕđĶŔėsĈ電気đĶŔėsÞÍÜ回収Íh
lar Transistor~ŋġŎsŔĈ用ºāÉÞÂ一般的áàÙ
再利用ÏāÉÞø燃費改善áÚàÂāg減速Áÿ停止ôÝ
ܺāg
ä短º制動時間ݺÁá大Ãà電力Ĉ回収ÝÃāÁÂ重要
20 年ñß前Áÿ産業設備Ĉ中心á利用ËĂܺā IGBT
ŋġŎsŔåhđċĜŜàßä家電Áÿ鉄道á至ā幅広º
ݸĀhÓäÕ÷áø短時間Ý大電流Â通電可能àİĹč
ĢÂ必要ݸāg
分野äŋsĨĈ制御Ïā電力変換装置á使ąĂܺāg近
年h自動車á適用範囲Â拡大ËĂhËÿàā高性能化Ĉ目
自動車用 IGBT モジュールの特徴
指ÍÜ開発Ĉ進÷ܺāg
.
ĸčĿœĬIJĠĢįʼnåh走行用ŋsĨÞ発電用ŋsĨ
ä二ÚäŋsĨĈ搭載Ïā走行性能Ĉ重視ÍÕĠĢįʼnÞh
一ÚäŋsĨÝ走行Þ発電Ĉ併用Ïā小型化Ĉ重視ÍÕĠ
製品仕様
製品外形写真Ĉ図 1 áh内部ĿŖĬĘ図Ĉ図 2 áh主要
特性表Ĉ表１á示Ïg製品ä特徴Ĉ以下á示Ïg
ĢįʼnÞá大別ËĂāgĠŜęŔŋsĨäĸčĿœĬIJĠ
ĢįʼnåĺŒŕŔĸčĿœĬIJĠĢįʼn}以下hĺŒŕŔ
ĸčĿœĬIJÞº¼~Þ呼æĂh小型化h軽量化äŊœĬ
ıÂ生ÁÑā小型車îä適用Ý今後普及Â期待ËĂܺāg
本稿ÝåhĺŒŕŔĸčĿœĬIJ用čŜĹsĨá最適à
20 kW 以下ä三相ŋsĨ駆動čŜĹsĨá必要à
（a）
600 V/300 A ĪĬŀĈ専用ä 6 in 1 ĺĬĚsġá搭載
（b）
第 6 世代ĪĬŀݸā 600 V 耐圧 V Ġœsģ IGBT
Ĉ採用Í損失低減Þ高電流密度化ä実現}電流密度Ĉ
従来比 25 % 向上~
電流検出hēŜĪĬŀ温度ĤŜĠŜęĩčēsIJĈ
（c）
自動車用 IGBT ŋġŎsŔĈ紹介Ïāg
内蔵ÍÕ IGBT Ĉ採用
小型Ý薄ºŋġŎsŔĺĬĚsġáþā搭載容積ä
（d）
縮小化
（ 6 ）
市川 裕章
市村 武
征矢野 伸
ĸčĿœĬIJ車用 IGBT ŋġŎs
ĸčĿœĬIJ車用 IGBT ŋġŎs
ĸ č Ŀ œ Ĭ IJ 自 動 車 用 IGBT ŋ
ŔjIPM ä開発á従事g現在h富
ŔjIPM ä開発á従事g現在h富
ġŎsŔjIPM ä開発j設計á
士電機İĹčĢįĘķŖġs株式
士電機İĹčĢįĘķŖġs株式
従事g現在h富士電機İĹčĢį
会社半導体開発営業本部ŋġŎs
会社半導体開発営業本部ŋġŎs
ĘķŖġs株式会社半導体開発統
Ŕ開発部g
Ŕ開発部g
括部ĺĬĚsġ実装技術部g
富士時報 6OL.O
ハイブリッド車モータ駆動用 IGBT モジュール
富士電機製ěsıIJŒčĿ IC‡Fi009ˆÞ組õ合ą
（e）
ôÕh自動車用İĹčĢå外気温変化ä影響Ĉ直接受Ç
āäÝh温度変化áþā耐久性}以下h温度ĞčĘŔÞº
¼~á対Ïā要求Â強ºgIGBT ŋġŎsŔÂ温度ĞčĘ
顧客ä回路開発Ĉ容易áÏā IGBT ŋġŎsŔIJŒ
（ f）
Ŕ環境下áËÿËĂāÞh絶縁基板Þ IGBT ĪĬŀä接合
čĿ回路評価用基板ä提供áþĀ設計ĈĞņsı
á用ºāåĉÖ層á発生Ïā熱応力ÝhĘŒĬĘÂ増大Ï
鉛ľœsÞ車載信頼性ä両立
（g）
āg
‡V ĠœsģˆIGBT åhĪĬŀ厚ËÂ既存品þĀø
薄Åh熱応力áþāĢıŕĢá対ÍÜ柔軟á変形ÏāÕ÷h
.
「V シリーズ」IGBT チップ
温度ĞčĘŔÂ加¾ÿĂÕ場合ÝøåĉÖĘŒĬĘÂ生Î
IGBT ĪĬŀåh富士電機ä第 6 世代ݸā 600 V 耐圧
áÅÅàāg
ä V Ġœsģ IGBT Ĉ採用ÍÕgÉäĪĬŀä特徴åh富
.
士電機 1,200 V ä耐圧 IGBT Ý実績ä¸āľČsŔIJĢ
電力回生時の内部温度
ĸčĿœĬIJĠĢįʼnå加速時á大Ãà電力Â必要ݸ
ıĬŀ}FS~構造ÞıŕŜĪěsıĈ採用ÏāÉÞÝh
ēŜ電圧ä低減Ĉ実現ÍÕg既存品Þä出力特性ä比較Ĉ
āÕ÷hĹĬįœsáå常á電力Ĉ蓄¾ÜÀÅ必要¸āg
図 3 á示Ïg同一ĪĬŀĞčģÝēŜ電圧Â約 25 % 低減
ôÕh減速時áå電力回生ĿŕsĖÝ減速đĶŔėsĈ効
ÍhčŜĹsĨ効率向上îä貢献Â期待ÝÃāg
図
図
内部ブロック図
外形写真
P
G
G
G
S
S
S
A
A
A
K
K
K
E
E
U
V
E
G
G
G
S
S
S
A
A
A
K
K
K
E
E
E
W
N
Ｇ：ゲート Ｅ：エミッタ A，K：温度検出 Di 出力 S：電流検出
表
主要特性表
（a）絶対最大定格（指定なき場合は，T j ＝T c＝25 ℃）
項 目
記 号
条 件
定 格
単 位
コレクタ − エミッタ間電圧
V CES
V GE ＝0 V
600
V
ゲート − エミッタ間電圧
V GES
ー
±20
V
IC
連 続
300
A
PC
1素子
595
W
コレクタ電流
最大許容損失
T j（max）
最大接合温度
150
動作温度
T op
−30∼＋125
保存温度
T stg
−40∼＋125
℃
（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
最 小
標 準
最 大
単 位
コレクタ遮断電流
I CES
V
V GE ＝0 V， ＝600
V CE
ー
ー
1.0
mA
ゲート− エミッタ間漏れ電流
I GES
V CE ＝0 V，V GE ＝±20 V
ー
ー
200
nA
ゲート− エミッタ間しきい値電圧
V GE（th）
mA
V CE ＝20 V， ＝300
IC
ー
6.2
ー
V
コレクタ−エミッタ間飽和電圧
V CE（sat）
A
V GE ＝15V， ＝300
IC
ー
2.10
2.63
V
VF
A
I ＝300
F
ー
1.96
2.40
V
試験条件
最 小
標 準
最 大
単 位
IGBT
ー
ー
0.21
FWD
ー
ー
0.25
順電圧降下
（c）熱的特性（T c＝25 ℃）
項 目
熱抵抗
記 号
R th（j−C）
K/W
（ 7 ）
特 集
ÑāÉÞÝ IGBT ĪĬŀ温度保護回路h短絡保護回路h
過電流保護回路Â容易á構成可能
富士時報 6OL.O
図
ハイブリッド車モータ駆動用 IGBT モジュール
IGBT 出力特性比較（チップ特性で比較）
特 集
300
T j =25 ℃
300
図
オンチップ温度センサの応答性
T j =125 ℃
通電 10 秒後の温度分布（℃）
120
105.0
94.4
250
開発品
200
150
100
既存品
開発品
100
既存品
0
41.3
30.6
20.0
3
0
1
2
3
コレクタ−エミッタ間電圧（V）
Ｉ
ＧＢＴ温度
（赤外線温度計測定）
70
50
40
30
サーミスタ温度
（赤外線温度計測定 )
10
回生ブレーキを想定した内部温度分布
0
（℃）
135
FWD
A：IGBT 温度測定点
B：サーミスタ温度測定点
60
20
IGBT
51.9
80
コレクタ−エミッタ間電圧（V）
図
62.5
×B
150
0
2
73.1
×A
90
50
1
83.8
オンチップ温度センサの
換算温度
100
200
50
0
110
温度（℃）
コレクタ電流密度（A/cm2）
コレクタ電流密度（A/cm2）
250
0
5
10
15
20
25
時間（s）
120
105
90
75
60
45
FWD
IGBT
30
15
条件：三相正弦波 PWM，バッテリー電圧 =300 V，
回生電流 =150 Arms，力率 =−0.8，
スイッチング周波数 =10 kHz での損失
赤外線放射温度計Ý IGBT ĪĬŀ表面温度Ĉ測定ÍÕ結
果ÞhēŜĪĬŀ温度ĤŜĞ出力Ĉ温度換算ÍÕ結果Ĉ
比較ÏāÞh1 秒程度ä過渡期間Ýø温度変化á対Ïā追
従性ÂþºÉÞÂ分ÁāgôÕ計算上h1 ms 程度Ýø温
度検知Â可能ݸĀh瞬時負荷変動áþā急激à温度変
化Â発生ÍÕ場合Ýø IGBT ĪĬŀĈ破壊Áÿ保護ÏāÉ
ÞÂÝÃāg一方ÝhNTC}Negative Temperature Coefficient~
ĞsňĢĨĈĪĬŀ近傍á搭載Í温度Ĉ測定ÍÕ
結果øh図 5 中á示ÏÞÀĀhēŜĪĬŀ温度ĤŜĞÞä
温度á約 60 ℃ä乖離}ÁºĀ~¸āgÉĂå数十秒以
率þÅ電力á変換ÏāÉÞø必要ݸāg電力回生Ŀŕs
下ä短時間ÝĪĬŀ温度Â急上昇ÍÕ場合áåh熱å主á
Ėåh運動đĶŔėsĈ電力á変換ÍĹĬįœsá充電Ï
熱伝導äþº製品裏面ä銅łsĢÁÿ放熱ËĂh横方向å
āøäݸĀh発生ÏāđĶŔės量å車両質量á比例Ï
熱時定数Â大ÃÅ熱Â伝ąĀáźÕ÷ݸāg横方向î
āg小ËàŋsĨĈ選定ÍÕ場合áåþĀ大Ãà電力Ĉ回
ä熱伝導åŋsĨá流Ăā電流値áþÙÜ温度上昇ɼ配
生ÏāÉÞÝ効率Â改善ËĂāÂh回生ÝÃā電力ä上限
Â変ąāäÝhNTC ĞsňĢĨÝ IGBT ĪĬŀä過渡的
å導通率ä高º FWD ĪĬŀä許容温度Ý制約ËĂāg図
à温度変化ĈÞÿ¾保護Ïāáå限界¸āgÉĂÿĈ解
4 á電力回生時ä最大連続負荷Ĉ想定ÍÕÞÃäh内部温
決Ïā手段ÞÍÜhĪĬŀ温度ĈĩčŕĘıá検出ÝÃā
度分布Ĉ示Ïg
ēŜĪĬŀ温度ĤŜĞåhĸčĿœĬIJ車用 IGBT áå有
電 力 回 生 時 ä 効 率 Ĉ 最 ø þ Å Ï ā Õ ÷ áh Ī Ĭ ŀ Ğ
用Þº¾āg
čģä最適化ÞĪĬŀ配置Ĉ互º違ºáÏāÉÞáþĀh
IGBThFWD ĪĬŀä温度Ĉ同等á抑¾hŋġŎsŔä
評価用ドライブ基板
高効率Þ小型化ä両立Ĉ図ÙÕg
ĺŘsİĹčĢä性能Ĉ最大限á引Ã出ÏÕ÷áåh使
.
オンチップ温度センシング機能
用環境á対ÍÜ IGBT IJŒčĿ回路Þ保護回路ä協調ĈÞ
IGBT Â異常à温度環境下áËÿËĂÕĀh異常動作á
ā必要¸āg特áh回路図Áÿå見¾áź容量結合
þÙÜ温度Â急上昇ÍÕ場合hĠĢįʼnä故障Ĉ防ÆÕ÷
ú相互誘導á起因Ïā誤動作áåh注意Â必要ݸāgô
IGBT ä異常発熱Ĉ検知ÍÜ動作Ĉ停止ËÑā必要¸āg
ÕhēŜĪĬŀ温度ĤŜĞú電流検出Ĉ内蔵ÍÕ IGBT 用
特áĸčĿœĬIJ車åhŋsĨä加速Þ減速ä動作頻度Â
IJŒčĿ回路åhİČĢĘœsı部品Ý回路Ĉ構成ÏāÞ
高ºäÝ瞬間的à電力通電áþā急激à温度変化Â想定Ë
肥大化ÍhčŜĹsĨúĜŜĹsĨŏĴĬıä小型化Ĉ阻
Ăāg本製品å IGBT ĪĬŀ内áĩčēsIJĈēŜĪĬŀ
害Ïāg従来åhÉĂÿ課題ä解決策ÞÍÜ IGBT IPM
温度ĤŜĞÞÍÜ搭載ÍÕgēŜĪĬŀ温度ĤŜĞä応答
}Intelligent Power Module~Â有用ÞËĂÜÃÕgÍÁÍ
性Ĉ図 5 á示Ïg
（ 8 ）
ĿŒĬĘŅĬĘĢ化ËĂܺāÉÞáþā変更äÍáÅËh
富士時報 6OL.O
図
ドライブ回路基板外観
ハイブリッド車モータ駆動用 IGBT モジュール
図
ドライブ回路ブロック図
P
特 集
電源
メイン
ドライバ
プリドライバ
PWM入力
電流検出
低電圧検出
アラーム回路
アラーム出力
ドライブIC：Fi009
過電流検出
過熱検出
短絡検出
温度センス
ダイオード
U
電源
メイン
ドライバ
プリドライバ
PWM入力
電流検出
低電圧検出
アラーム回路
アラーム出力
ドライブIC：Fi009
チップ温度出力
過電流検出
過熱検出
短絡検出
チップ温度-電圧変換
温度センス
ダイオード
電源
PWM入力
アラーム出力
ドライブ回路
保護回路
アラーム回路
適用車種ä拡大áþā仕様変更h周辺回路部品ÞäŀœŜ
ı基板一体化áþāĢŃsĢä有効活用àßä対応Â困難
V
電源
PWM入力
ݸÙÕg
ÉĂÿä課題Ĉ解決ÏāÕ÷h本 IGBT ŋġŎsŔ用á
アラーム出力
ドライブ回路
保護回路
アラーム回路
専用設計ÍÕ評価用IJŒčĿ回路基板ä例Ĉ紹介Ïāg組
合Ñ時ä外観Ĉ図 6 áh内部ĿŖĬĘ回路Ĉ図 7 á示Ïg
電源
ÉäIJŒčĿ基板áåh主要機能ÂŘŜĪĬŀ化ËĂܺ
PWM入力
ā富士電機製 IGBT 用IJŒčĿ IC‡Fi009ˆĈ採用ÏāÉ
アラーム出力
ドライブ回路
保護回路
アラーム回路
温度出力回路
ÞÝh部品点数Â削減ÝÃāgIGBT ŋġŎsŔ仕様ú顧
客ä使用環境Â変ąÙÕ場合á定数変更Â想定ËĂā箇所
W
温度出力
電源
áÚºÜåhİČĢĘœsı部品Ý構成Í汎用性Ĉ高÷Ü
PWM入力
ºāgôÕhIGBT Ĉ保護ÏāÕ÷á必要à短絡保護h過
アラーム出力
ドライブ回路
保護回路
アラーム回路
電流保護Àþé IGBT ēŜĪĬŀ温度ĤŜĞĈ使ÙÕ過熱
保護機能Ĉ搭載Íh万一ä場合áÀºÜø IGBT Ĉ安全á
N
停止ÝÃāþ¼設計ÍܺāgēŜĪĬŀ温度ĤŜĞÂŋ
ĴĨœŜęÍܺā温度Ĉ外部出力ÝÃā回路Ĉh上下
ċsʼn各 1 Á所á搭載ÍܺāgÉĂáþĀ評価時á必要
à IGBT ĪĬŀ温度ø観測可能ÞàÙÕg
今後øhËÿàā素子ä高性能化j高信頼性化á取Ā組
õhĸčĿœĬIJ自動車ä CO2 低減h低燃費化ĈÞÀÍ
Ü地球環境ä保護á貢献ÍܺÅ所存ݸāg
あとがき
参考文献
本稿ÝåhĺŒŕŔĸčĿœĬIJ車向Ç自動車用 IGBT
ŋġŎsŔĈ紹介ÍÕg第 6 世代 IGBT Ĉ自動車用á専用
設計ËĂÕĺĬĚsġá組õ合ąÑāÉÞáþĀčŜĹs
ĨŏĴĬıäËÿàā小型化j高性能化á貢献ÝÃāøä
Þ考¾āg
仲野逸人ñÁi第 6 世代 IGBT ŋġŎsŔ‡V Ġœsģ
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（ 3）
富士時報ivol.80, no.6, 2007, p.406-409.
解 説
電力回生ブレーキ
電力回生ĿŕsĖÞåhŋsĨĈ発電機ÞÍÜ利用
電ÏāĿŕsĖݸāg機械摩擦Ĉ伴ąàº非接触Ŀ
Íh減速時á油圧ĿŕsĖÝ熱ÞÍÜ放出ËĂā運動
ŕsĖݸāÕ÷h熱Ĉ発生ËÑÐ電力Ĉ再利用ÝÃ
đĶŔėsĈ電気đĶŔėsá換¾ÜĹĬįœsá充
ā省đĶŔės効果ä高ºĿŕsĖĠĢįʼnݸāg
（ 9 ）
富士時報 6OL.O
IGBT ハイパワーモジュール
特 集
西村 孝司}áÍöÿeÕÁÍ~
高宮 喜和}ÕÁõúeþÍÁÐ~
中島 修}àÁÎôeÀËö~
（ 1）
čĺŘsŋġŎsŔĈ開発Íh製品展開Ĉ行ÙÜÃÕg
まえがき
今回h拡大Ĉ続Çā新đĶŔės分野îä適用Ĉãÿºh
（ 2）
近年h地球温暖化Ĉ抑制ÏāÕ÷h化石燃料Ĉ使用Í
U ĠœsģäĪĬŀĈ改良ÍÕ U4 ĪĬŀĈ搭載Íh熱的
àºĘœsŜđĶŔės化Â加速Íܺāg温室効果ĕĢ
特性ä向上hÁÚ耐環境性能Ĉ大幅á改善ÍÕ 1,200 V À
}CO2~ä発生Ĉ抑¾hÁÚ電力ä供給Â可能à新đĶŔ
þé 1,700 V 耐圧ä IGBT ĸčĺŘsŋġŎsŔĈ新Õá
ės分野}風力j太陽光発電~ä市場Â急速á伸éÜÀĀh
開発ÍÕg本稿ÝåhÓä概要Þ技術開発áÚºÜ紹介Ï
Éä分野Ý適用ËĂāčŜĹsĨ装置ä大容量化Â進ĉÝ
āg
ºāg
産業用ä大容量čŜĹsĨá使用ÏāĺŘsİĹčĢåh
製品系列
高 耐 圧j大 電 流 化Â容 易à GTO}Gate Turn-off~Ğč
œĢĨÂ主流ݸÙÕgÍÁÍhIGBT}Insulated Gate
開発ÍÕ IGBT ĸčĺŘsŋġŎsŔä製品系列Ĉ表１
Bipolar Transistor~ŋġŎsŔä高耐圧j大容量化技術
á示Ïg1 in 1 Ýh1,200 v 3,600 Ah2 in 1 Ýh600 v 1,200
ä÷Ìôͺ進歩áþĀh高耐圧j大容量分野áÀºÜøh
A ä電流容量Ĉ持×hŋġŎsŔ耐圧å 1,200 V Þ 1,700 V
組立j取扱ºÀþé保守点検Â容易à絶縁型構造Ĉ持Ú
ݸā}合計 14 機種~
g図 1 áhÓäĺĬĚsġ外観Ĉ示
IGBT ŋġŎsŔîä置換¾Â飛躍的á拡大Íܺāg富
Ïg
士電機Ýå産業用大容量分野îä適用ĈãÿÙÕ IGBT ĸ
表
製品系列
パッケージ
型式
パッケージサイズ
（mm）
CTI *
絶縁基板
ベース
定格電圧
（V）
定格電流
（A）
製品型式
1,200
1MBI1200U4C-120
1,600
1MBI1600U4C-120
1,200
1MBI1200U4C-170
1,600
1MBI1600U4C-170
2,400
1MBI2400U4D-120
3,600
1MBI3600U4D-120
2,400
1MBI2400U4D-170
3,600
1MBI3600U4D-170
1,200
M151
130×140×38
1,700
1 in 1
600以上
窒化ケイ素
（Si3N4）
銅
（Cu）
1,200
M152
190×140×38
1,700
1,200
2 in 1
M256
130×140×38
600以上
窒化ケイ素
（Si3N4）
600
2MBI600U4G-120
800
2MBI800U4G-120
1,200
銅
（Cu）
1,700
2MBI1200U4G-120
600
2MBI600U4G-170
800
2MBI800U4G-170
1,200
2MBI1200U4G-170
* CTI：Comparative Tracking Index（比較トラッキング指数）
西村 孝司
（ 10 ）
高宮 喜和
中島 修
ĺŘs半導体İĹčĢä開発á従
ĸčĿœĬIJ IChMIChIGBT ŋ
ĺŘsŋġŎsŔä品質保証á従
事g現在h富士電機İĹčĢįĘ
ġŎsŔäĺĬĚsġ開発á従事g
事g現在h富士電機İĹčĢįĘ
ķŖġs株式会社半導体開発営業
現在h富士電機İĹčĢįĘķŖ
ķŖġs株式会社半導体事業統括
本部開発統括部ŋġŎsŔ開発部
ġs株式会社半導体開発営業本部
部生産統括部品質保証部g
Īsʼnœsĩsg
開発統括部ĺĬĚsġ実装技術部g
富士時報 6OL.O
IGBT ハイパワーモジュール
Àþé特性Ĉ表 2 á示Ïg
電気的特性
2MBI800U4G-170}2 in 1 800 A/1,700 V~Ĉ代表型式Þ
IGBT ĪĬŀä飽和電圧åhpnp ıŒŜġĢĨä注入効
ÍhŋġŎsŔä電気的特性áÚºÜ紹介Ïāg最大定格
率Ĉ下ÈhŒčľĨčʼnĜŜıŖsŔĈ適用ÑÐ輸送効率
Ĉ上Èh正ä温度係数Ĉ持×h高性能化Ĉ達成Íܺāg
図
ôÕhFWD ĪĬŀä順電圧åhĖŌœōäŒčľĨčʼn
IGBT ハイパワーモジュールのパッケージ外観
ĜŜıŖsŔĈ最適化ÏāÉÞÝhIGBT ĪĬŀÞ同様á
正ä温度係数Ĉ持Úg
Ｍ１５２パッケージ
正ä温度係数Ĉ持ÚĪĬŀåh接合温度Â高ÅàāÞh
並列接続ËĂÕĪĬŀ間áÀºÜ接合温度Ĉ均等化Ïāþ
¼á働Ãh電流ĹŒŜĢĈ自己調整ÏāÕ÷hĪĬŀä並
列接続数ä多º IGBT ĸčĺŘsŋġŎsŔá適Íܺāg
図 2 Àþé図 3 áhŋġŎsŔÝä飽和電圧−ĜŕĘĨ電
流特性Þ順電圧−順電流特性Ĉ示Ïg
.
Ｍ256パッケージ
Ｍ１５1パッケージ
スイッチング特性
U4 Ġœsģä IGBT ĪĬŀÝåh入力容量 #ies Þ帰還
容量 #res äĹŒŜĢĈ最適化ÍÕäÝhĨsŜēŜ損失
表
最大定格および特性（型式：2MBI800U4G-170）
（a）最大定格（指定なき場合は，T j ＝T c＝25 ℃）
項 目
記 号
条 件
定 格
単 位
コレクタ − エミッタ電圧
V CES
V GE ＝0 V
1,700
V
ゲート − エミッタ間電圧
V GES
ー
±20
V
I C（DC）
連 続
T C ＝80 ℃
800
A
I C（Pulse）
1 ms
T C ＝80 ℃
1,600
A
1素子
4,800
W
℃
コレクタ電流
最大損失
PC
最大接合温度
T j max.
ー
150
保存温度
T stg
ー
−40∼＋125
℃
AC：1分
3,400
V
絶縁耐圧
V iso
（b）電気的特性（指定なき場合は，T j ＝T c＝25 ℃）
項 目
コレクタ − エミッタ間漏れ電流
ゲート − エミッタ間漏れ電流
記 号
℃， Tj
V GE ＝0 V， ＝125
VCE ＝1,700 V
I GES
V GE ＝±20 V
ゲート − エミッタ間しきい値電圧
V GE（th）
飽和電圧（chip）
V CE（sat）
C ies
入力容量
条 件
I CES
標 準
最 大
単 位
ー
ー
1.0
mA
ー
ー
2.4
A
5.5
6.5
7.5
V
T j ＝25 ℃
ー
2.25
2.40
T j ＝125 ℃
ー
2.65
ー
ー
75
ー
ー
3.10
ー
ー
1.25
ー
ー
1.45
ー
ー
0.25
ー
T j ＝25 ℃
ー
1.80
2.15
T j ＝125 ℃
ー
2.00
ー
ー
0.45
ー
A
V CE ＝20 V， ＝0.8
IC
V GE ＝＋15 V
I C ＝800 A
最 小
V
V GE ＝0 V，V CE ＝10 V， f ＝1 MHz
t on
ターンオン時間
tr
t off
ターンオフ時間
順電圧（chip）
s
tf
Vf
t rr
逆回復時間
V CC ＝900 V，I C ＝800 A
V GE ＝±15 V
T j ＝125 ℃
V GE ＝0 V
I f ＝800 A
nF
V
V CC ＝900 V，I F ＝800 A， T j ＝125 ℃
s
（c）熱的特性
項 目
熱抵抗（1素子）
記 号
R th（j−c）
条 件
最 小
標 準
最 大
IGBT
ー
ー
0.026
ー
ー
0.045
FWD
単 位
K/W
（ 11 ）
特 集
V −I 特性
.
富士時報 6OL.O
IGBT ハイパワーモジュール
ä大幅à低減h低電流時äĨsŜēŜ DI/DT ä低減hěs
顧客Ĵsģݸā装置ä小型化áåh高密度化Ĉ伴¼gŋ
ġŎsŔä発熱Ĉ放出Ïā冷却体Ĉ小ËÅÏāÞ放熱効率
復時äĞsġ電圧抑制àßä特徴Ĉ持Úg 図 4 áh6cc＝
Â低下Íh半導体ĪĬŀä接合温度上昇Ĉ招ÅgŋġŎs
900 Vh2g}on~＝4. 7 Ωh2g}off~＝1.2 Ωh4j＝125 ℃áÀÇā
Ŕä信頼性á懸念Ĉ与¾ā要因ÞàāÕ÷h接合温度Ĉ低
定格電流}800 A~ÝäŋġŎsŔäĨsŜēŜhĨsŜ
Å抑¾ā必要¸ĀhÓĂáå次á示Ï三Úä方法¸āg
ēľh逆回復波形Ĉ示ÏgÓä時äĢčĬĪŜę損失åh
ŋġŎsŔä発生損失低減
（a）
ĨsŜēŜ時Ý 257 mJhĨsŜēľ時Ý 254 mJh逆回復
（b）
ŋġŎsŔä熱抵抗}接合部ÞĚsĢ間~低減
時Ý 228 mJ ݸāg 図 5 áĢčĬĪŜę損失ä電流依存
冷却体ä放熱効率向上
（c）
ŋġŎsŔÝ実施可能à項目åh一Úå発生損失ä低減
性Ĉh図 6 áĢčĬĪŜę損失äěsı抵抗依存性Ĉ示Ïg
ݸĀhø¼一Úå熱抵抗ä低減ݸāg発生損失ä低減
åhĪĬŀ特性á大ÃÅ依存Íh次世代ĪĬŀ技術Â待望
パッケージ技術
ËĂāg一方Ýh熱抵抗ä低減åhŋġŎsŔ構造ä最適
.
熱抵抗低減
化áþĀĪĬŀ特性Þå独立ÍÜ達成ÝÃāg
産 業 用 ä 大 容 量 č Ŝ Ĺ s Ĩ 装 置 ä 多 Å åh 多 数 ä ŋ
図 7 áhDCB}Direct Copper Bonding~基板áċŔň
ġŎsŔĈ直並列接続ÏāÉÞÝ大容量化Ĉ達成Íܺāg
図
図
スイッチング損失−電流依存性
飽和電圧−コレクタ電流特性
コレクタ電流 I c（A）
1,400
スイッチング損失（mJ）
＝900
V，
g＝4.7/−1.2Ω，
L m ＝75 nH，
V CC
R
V GE =±15 V，
T j =125 ℃
600
V GE ＝＋15 V
1,200
1,000
T j ＝25 ℃
800
600
400
T j ＝125 ℃
200
0
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
500
E on
400
E off
300
E rr
200
100
0
0
200
400
600
800
1,000 1,200 1,400
電流 Ic ，
I f（A）
4.0
飽和電圧：V
（V）
CE（sat
）
図
順電圧−順電流特性
1,400
1,200
1,000
T j ＝25 ℃
800
600
400
T j ＝125 ℃
200
0
図
スイッチング損失−ゲート抵抗依存性
スイッチング損失（mJ）
図
順電流 I f（A）
特 集
ı抵抗áþāĨsŜēŜ DI/DT ä制御性ä向上úh逆回
0
0.5
1.0
15
2.0
V f（V）
順電圧 2.5
3.0
＝900
V，
A，
GE =±15 V，
j =125 ℃
L m ＝75 nH，
V CC
I ＝800
V
T
C
700
E on
600
500
400
E off
300
200
E rr
100
0
0
2.5
5.0
7.5
10.0
12.5
15.0
ゲート抵抗 R g（Ω）
スイッチング波形（L 負荷時）
0V
0V
V GE ：20 V/div
V GE ：20 V/div
V AK ：500 V/div
I C：200 A/div
V CE ：500 V/div
0 V，0 A
V CE ：500 V/div
I C：500 A/div
t ：1.0 s/div
0 V，0 A
（a）ターンオン
（ 12 ）
t ：0.5 s/div
I F：500 A/div
t ：0.5 s/div
0 V，0 A
（b）ターンオフ
（c）逆回復
富士時報 6OL.O
図
IGBT ハイパワーモジュール
熱シミュレーションによる構成部材別熱抵抗比率
図
熱シミュレーションによるモジュール熱抵抗比較
IGBT チップ
チップ下はんだ
Cu パターン表
絶縁基板
Cu パターン裏
基板下はんだ
Cu ベース
120
100％
100
93.1％
熱抵抗比率（％）
40
30
10
11.0
3.6
3.1
DCB 基板
（アルミナ）
Cu パターン裏
基板下はんだ
Cu ベース
0
6.3
9.4
IGBT チップ
14.4
チップ下はんだ
20
Cu パターン表
熱抵抗比率（％）
52.2
50
80
66.6 ％
60
40
20
0
アルミナ
アルミナ
窒化ケイ素
（21 Ｗ/
（m2K）
）（24 Ｗ/
（m2K）
）（90 Ｗ/
（m2K）
）
構成部材
表
絶縁基板
各種DCB基板の比較
厚 さ
熱伝達率
表
アルミナ
Al2O3
アルミナ
Al2O3
窒化ケイ素
Si3N4
窒化アルミ
AlN
0.32 mm
0.32 mm
0.32 mm
0.65 mm
○（90
Ｗ/
（m2K）
）
◎（170
Ｗ/
（m2K）
）
×（21
△（24
Ｗ/
（m2K）
（m2K）
） Ｗ/
）
曲げ強度
○
△
◎
×
絶縁破壊電圧
◎
◎
◎
◎
コスト
◎
△
△
×
組立性
○
○
△
△
熱抵抗効果
×
△
○
◎
比較トラッキング指数
PLC *
高い
低い
CTI : Comparative Tracking Index
(比較トラッキング指数)
0
600≦CTI
1
400≦CTI <600
2
250≦CTI<400
3
175≦CTI<250
4
100≦CTI<175
5
CTI <100
* PLC：Performance Level Category
◎：非常に良い，○：良い, △：やや悪い, ×：悪い
áźŋsŔIJĚsĢĈ実現ÏāÕ÷áåh次ä二Úä方
法¸āg
ij}Al2O3~Ĉ使ÙÕ現状ä IGBT ĸčĺŘsŋġŎsŔ
ä熱ĠňŎŕsĠŐŜ結果Ĉ示ÏgDCB 基板ä熱抵抗Â
ŋġŎsŔ全体ä約 52 % Ĉ占÷ÜÀĀhDCB 基板ä熱抵
ŋsŔIJĚsĢ表面ä沿面}炭化導通路~Ĉ長ÅÏ
（a）
āg
（b）
炭化導通路Ĉ形成ÍáźŋsŔIJ樹脂Ĉ適用Ïāg
抗Ĉ低減ÏāÉÞÂ最ø有用à手段ݸāÞ判断ÍÕg表
ŋsŔIJĚsĢ表面ä沿面Ĉ長ÅÏāÕ÷áåhĚs
3 á DCB 基板ä比較結果Ĉh 図 8 á熱ĠňŎŕsĠŐŜ
Ģ表面á凹凸Ĉ施Ï必要¸Āh外形寸法Â大ÃÅàāÉ
áþāŋġŎsŔ熱抵抗比較結果Ĉ示ÏgDCB 基板ä選
ÞÁÿ競合他社ÞäĺĬĚsġä互換性Â損àąĂāÕ÷h
定á¸ÕĀh熱抵抗低減効果h組立性hĜĢıàßÁÿ総
富士電機åh1 ŒŜĘ上ä比較ıŒĬĖŜę指数}600 ≦
合的á検討ÍÕ結果h大幅à熱抵抗低減効果Â期待ÝÃā
CTIkComparative Tracking Index~Ĉ持ÚŋsŔIJ樹脂
窒化Ěč素}Si3N4~ä採用Ĉ決定ÍÕg熱抵抗ä測定Ĉ
Ĉ選定Íh適用ÏāÉÞÝ対応ÍÕg表 4 á耐ıŒĬĖŜ
実施ÍÜhċŔňij基板á比ï IGBT 部Ý 33 %hFWD 部
ę指数Ĉ示ÏgàÀh600 ≦ CTI åh耐ıŒĬĖŜę指
Ý 31 % ä熱抵抗低減Ĉ確認ÍÕg
数ä最ø高º区分á位置ÛÇÿĂāg
.
モールドケースの耐環境性能改善
パワーサイクル耐量の確保
ŋsŔIJĚsĢä表面Â高電界下á置ÁĂܺā状態
áÀºÜhŋsŔIJĚsĢä表面Â粉塵}ëĉÎĉ~ú水
本 IGBT ĸčĺŘsŋġŎsŔåh現状ä大容量 IGBT
分ä付着áþĀ炭化ÍÜ炭化導通路}ıŒĬĘ~Ĉ形成Íh
ĸčĺŘsŋġŎsŔÞ同様ä大容量化ĺĬĚsġ技術
絶縁Â低下ÍÜ絶縁破壊á至āÉÞ¸āg状況áþÙÜ
Ĉ継承ÍhĪĬŀ下åĉÖá高剛性材料ä Sn-Ag åĉÖ
å発火Ĉ引Ã起ÉÏ恐Ăø¸āg風力j太陽光発電装置åh
Ĉ適用ÍhDCB 基板Ĉ分割化ÍÜ DCB 基板間ä熱緩衝
塵埃}Îĉ¸º~ú塩分Ĉ多Å含õ湿度ø高º環境á設置
Ĉ抑制hDCB 基板間ä電流Ĉ均等化Ïā主端子構造Ĉ持
ËĂāÉÞÂ多ºgIGBT ĸčĺŘsŋġŎsŔĈÉäþ
ÚgÉĂÿá加¾hDCB 基板á窒化Ěč素Ĉ採用ÍÕÉ
¼à環境下Ý適用Ïā場合åh炭化導通路Ĉ形成Íáź
ÞáþĀhDCB 基板下äåĉÖ厚Ëä最適化Àþé製造
ŋsŔIJĚsĢä開発Â必須ݸāg炭化導通路Ĉ形成Í
方法ä改善Ĉ行ÙÜhĪĬŀä並列接続数Â少àº従来
（ 13 ）
特 集
60
富士時報 6OL.O
IGBT ハイパワーモジュール
ŋġŎsŔÞ同等äǼ 4j ĺŘsĞčĘŔ耐量Ĉ確認ÍÕg
ºā新đĶŔės分野áÃ÷細ÁÅ対応ÝÃā製品群ݸ
ËÿáhIGBT ĸčĺŘsŋġŎsŔ特有äċŀœĚs
āg
特 集
ĠŐŜݸāĚsĢ温度Â大ÃÅ変化ÏāǼ 4c ĺŘsĞ
今後åhËÿàāĴsģá応¾āÕ÷á半導体技術Àþ
čĘŔáÀºÜøhǼ 4c＝70 ℃ä条件Ý 10,000 ĞčĘŔ
éĺĬĚsġ技術äŕłŔĈ高÷hĺŘsđŕĘıŖĴĘ
Ĉ確認Íܺāg
Ģä発展á貢献Ïā新製品ä開発Ĉ行ÙܺÅ所存ݸāg
あとがき
参考文献
西村孝司ñÁi産業用大容量 IGBT ŋġŎsŔi富士時報i
（ 1）
本稿ÝåhU4 ĠœsģĪĬŀĈ搭載Íh熱的特性Ĉ向
上Íh耐環境性能Ĉ大幅á改善ÍÕ IGBT ĸčĺŘsŋ
ġŎsŔ製品áÚºÜ紹介ÍÕg本ŋġŎsŔåhĴsģ
Â多様化Íܺā大容量分野á加¾h急速á市場Â伸éÜ
（ 14 ）
vol.78, no.4, 2005, p.264-268.
原口浩一ñÁiU4 Ġœsģ IGBT ŋġŎsŔi富士時報i
（ 2）
vol.78, no.4, 2005, p.256-259.
富士時報 6OL.O
IPM 用小型ドライバ IC
特 集
森 貴浩}øĀeÕÁèă~
中森 昭}àÁøĀe¸Ãÿ~
山村 太久生}úôöÿeÕÅÀ~
まえがき
図
小型ドライバ IC の外観
世界半導体市場ä伸é率å 2007 年度h前年比＋3.2 %
}2,556 億 US IJŔ~ݸÙÕgÓĂ以降ø伸長Ĉ続Çh
（ 1）
2010 年度ôÝå＋6.4 % ä平均伸é率ä予測ÞàÙܺāg
一方Ýh地球環境保護h特á CO2 削減á貢献ÏāÕ÷h
ĺŘsđŕĘıŖĴĘĢ機器äËÿàā小型化h高効率化
Ĉ進÷ā必要¸ĀhÓÉá用ºÿĂāĺŘsİĹčĢä
（ 2）
果ÕÏ役割å大úg
富 士 電 機 Ý åh1989 年 á 産 業 用 IGBT}Insulated
Gate Bipolar Transistor~駆動用äĹčņsŒ型IJŒč
Ĺ IC Ĉ開発ÍhIGBT ÞIJŒčĹ IC Ĉ一ÚäĺĬĚs
ġáŋġŎsŔ化ÍÕ世界初ä IPM}Intelligent Power
.
Module~ Ĉ 発 表 Í Õg Ó ä 後h 外 付 Ç 部 品 Ĉ Ġ œ Ĝ Ŝ
CMOS 型IJŒčĹ IC Ĉ搭載ä‡R-IPMˆĈ開発ÍÕg現
小型化
（ 1）
在ôÝhIGBT ä仕様ÊÞá最適àIJŒčĹ IC ä系列化
Ĉ行ºhIPM äŒčŜċĬŀ拡充Ĉ進÷ÜÃܺāg
特 徴
V-IC ä特徴Ĉ以下á示Ïg
ĪĬŀá内蔵ÏāēsŔĠœĜŜĜŜĤŀıĈ追求ÍÕ
ĪĬŀĞčģä低減Ĉ図āÕ÷h既存ä 3 –m CMOS ŀ
ŖĤĢÁÿ 1 –m CDMOS ŀŖĤĢá変更Í微細化Ĉ図Ù
産業分野áÀÇāËÿàā高効率化h高機能化h低価
格化ä要求á応¾āÕ÷hIPM 用小型高性能IJŒčĹ IC
Õg微細化áþĀ MOSFET ä単位面積¸ÕĀäēŜ抵
抗 2onj! Ĉ改善ÍhĪĬŀ面積ä大Ãà部分Ĉ占÷ܺ
ÕĺŘs MOS 部ä面積Ĉ低減ÍÕgËÿá 2 層ŊĨŔ配
‡V-ICˆĈ開発ÍÕäÝhÓä概要Ĉ紹介Ïāg
線Ĉ採用Íh配線抵抗Ĉ下ÈÕgÓĂáþĀ R-IC á対Í
ĪĬŀĞčģÝ約 40% äĠŎœŜĘĈ達成ÍÕg
概 要
R-IC Þä互換性ä維持
（ 2）
V-IC å従来ä R-IPM 用IJŒčĹ IC‡R-ICˆĈ小型化
IPM ä立上È当初Áÿ現在ôÝh製品仕様á応ÎÜ R-
ÍhôÕ R-IC Þ互換性Ĉ持ÕÑāÉÞáþĀh従来 IPM
IC ä系列化Ĉ進÷ÜÃÜÀĀhÉĂÿ製品Þä互換性Ĉ
製品îä置Ã換¾Ĉ可能ÞÍhþĀ高精度à異常検知Ĉ行
維持Í置換¾Ĉ可能ÞÏāÕ÷h小型IJŒčĹ IC Þ R-IC
¼目的Ý EPROM 補正回路Ĉ搭載Íܺāg
ä主要à電気特性ݸāIJŒčĿ能力ú保護ŕłŔÂ同一
V-IC
äĪĬŀ外観写真Ĉ 図 1 á示Ïg本 IC
åhR-IC
Þ同ÎÅhIGBT 駆動機能äñÁáh過電流保護機能h短
Þàāþ¼á最適化Ĉ行Ùܺāg
EPROM 補正回路搭載áþā補正精度向上
（ 3）
絡保護機能h電源電圧低下保護機能h過熱保護機能hċ
IJŒčĹ IC å IGBT Ĉ最適á駆動ÍhËÿá短絡ú過
Œsʼn入出力機能ÀþéĦľı遮断機能Ĉ持Ùܺāgô
熱àßä異常動作時áhIGBT ú周辺ä制御回路ÂĩŊs
Õ制御基板î直接実装ÝÃāþ¼áĺĬIJĞčģh表裏面
ġĈ受Çàºþ¼的確á異常Ĉ検知Íh迅速á IGBT Ĉ停
電極Ĉ最適化Íܺāg
止ÏāgÓäÕ÷ V-IC Ýå高精度à検知j制御Â必要Þ
àāgIJŒčĹ IC ä精度Ĉ向上ÏāÕ÷áåhİĹčĢ
ä製造æÿÚÃĈ補正Ïā項目Ĉ増úÏÉÞÂ必要ݸ
森 貴浩
中森 昭
山村 太久生
半導体İĹčĢä開発á従事g現
半導体İĹčĢä開発á従事g現
čŜįœġĐŜıĺŘsŋġŎs
在h富士電機İĹčĢįĘŖķ
在h富士電機İĹčĢįĘŖķ
Ŕä開発á従事g現在h富士電機
ġs株式会社半導体開発営業本部
ġs株式会社半導体開発営業本部
İĹčĢįĘŖķġs株式会社半
開発統括部İĹčĢ技術部g
開発統括部İĹčĢ技術部Īsʼn
導体開発営業本部開発統括部ŋ
œsĩsg
ġŎsŔ開発部g
（ 15 ）
富士時報 6OL.O
図
IPM 用小型ドライバ IC
EPROM 補正の一例
図
入出力遅延の温度特性
2.0
1.08
t dHL - t dLH（相対値）
基準電圧回路の電圧（相対値）
特 集
1.12
1.04
1.00
0.96
0.92
0.88
1
8
1.0
R-IC
16
0
−40
補正パターン
図
V-IC
0
50
T（℃）
100
基準電圧の温度特性
図
V-IC の回路ブロック図
基準電圧の温度変化（相対値）
1.05
1.04
VCC
1.03
出力段回路
ソフト遮断回路
1.02
IN
V-IC
1.01
OUT
ロジック回路
PGND
1.00
0.99
R-IC
0.98
AE
0.97
AEＲ
フェイル
ラッチ
回路
0.96
0.95
−40
過電流検出回路
短絡電流保護回路
アラーム
信号
入出力回路
0
50
T（℃）
OC
VCC
電源低下検出回路
100
過熱検出回路
EPROM
補正回路
āg従来äĭĐijsğĬŀĈ適用ÍÕ補正方式Ýåh補正
OH
内部基準電圧回路
基準電圧補正
基準電流補正
過熱検出基準電圧補正
GND
項目数Ĉ増加ÏāÞhÓĂá比例ÍÜįĢıĺĬIJ数Â増
¾ĪĬŀĞčģÂ増加Ïā難点¸ÙÕgV-IC Ýåh補
正項目数Â増¾Üø必要ÞàāįĢıĺĬIJ数Â固定ä
EPROM}Erasable Programmable Read Only Memory~
補正回路Ĉ適用ÍÕgÉĂáþĀhĪĬŀĞčģĈ増ú
ܺāgÉĂáþĀh異常検知àß精度向上Ĉ実現ÍÕg
入出力遅延ä温度特性改善
（ 5）
IJŒčĹ IC ä主要特性ä一ÚÞÍÜh入出力遅延特性
ÏÉÞàÅh補正項目数Ĉ増úÍÜ IC ä精度Ĉ向上ÍÕg
補正áþā基準電圧ä変化Ĉ図 2 á示Ïg補正áþĀŀŖ
¸āgÉĂåIJŒčĹ IC á ON 信号Ĉ入力ÍÜÁÿ
ĤĢæÿÚÃĈ回避ÝÃh基準電圧回路特性ä精度向上Ĉ
IGBT ÂēŜÏāôÝä遅延時間 TdLH ÀþéIJŒčĹ IC
図Ùܺāg
áēľ信号Ĉ入力ÍÜÁÿ IGBT ÂēľÏāôÝä遅延
特á精度Â求÷ÿĂā機能ÞÍÜh過熱保護機能¸āg
IGBT ä異常à熱上昇á対ÍÜø正確á IGBT Ĉ保護Ïā
時間 TdHL ݸāgTdHL-TdLH å上下ċsʼn IGBT ä同時ēŜ
Ĉ回避ÏāÕ÷äİĬIJĨčʼnÞàāgİĬIJĨčʼnåh
ÉÞÂ必要ݸāgÉä過熱保護ä精度Ĉ上ÈāÕ÷h基
ċsʼn短絡Ĉ防止ÍhÁÚ制御性Ĉ高÷āÕ÷á非常á重
準電流Þ基準電圧ä双方á補正回路Ĉ適用Íܺāg
要à特性ݸāgV-IC Ýåh温度依存性Â小˺遅Ă回
高精度基準電圧回路ä適用áþā温度特性改善
（ 4）
IPM 内Ý IGBT ÂĢčĬĪŜęä際á発Ïā熱ú IPM
路方式Ĉ採用ÏāÉÞÝİĬIJĨčʼnä温度特性Ĉ改善Í
Õg
 設 置 Ë Ă ā Ë ô Ì ô à 温 度 á À º Ü øh 精 度 Ĉ 保 ×
入出力遅延ä温度特性Ĉ既存品Þ比較ÍÕęŒľĈ図 4
IGBT ĈĜŜıŖsŔÏāÕ÷áhİĹčĢĞčģÀþé
á示ÏgR-IC Ýå変動率h約 40 % á比ïhV-IC Ýå約
ŀŖĤĢ条件ä最適化áþĀ温度特性Ĉ改善ÍÕg
10 % á改善Íܺāg
温度特性改善ä例ÞÍÜh基準電圧ä温度特性Ĉ図 3 á
示Ïg上á凸ä特性Ĉ示ÍܺāÂhR-IC ä変動率Â約
1.5 % á比ïÜhV-IC Ýå約 0.4 % Þ温度依存性Â改善Í
（ 16 ）
.
仕 様
V-IC ä回路ĿŖĬĘĈ 図 5 á示Ïg絶対最大定格Ĉ 表
富士時報 6OL.O
IPM 用小型ドライバ IC
ŜĢ用 IGBT Â埋÷込ôĂܺāgIJŒčĹ IC åhĤŜ
電圧ä絶対最大定格å 20 V ݸĀh動作周囲温度å−40
Ģ用 IGBT á流Ăā電流ĈhIJŒčĹ IC á内蔵ÍÕ検出
v＋125 ℃ݸāg
抵抗á流ÍhÓä検出抵抗ä電圧降下ä大ÃËáþÙÜh
IGBT á流Ăܺā電流Ĉ常時監視ÏāgÓä電圧降下Â
.
Íú値電圧 6OC Ĉ超¾h一定期間継続ÏāÞ過電流Þ
動作説明
IJŒčĹ IC ä主要動作áÚºÜ以下á述ïāg
判定ÍhIGBT ä動作Ĉ停止ËÑāgÉä時 AE 端子Áÿ
過熱保護
（ 1）
IGBT Â異常à高温度á曝}Ëÿ~ËĂÕ場合hôÕå
表
電気的特性（特記なき場合は T a＝25 ℃）
異常動作áþÙÜ温度Â上ÂÙÕ場合h素子破壊Ĉ防止Ï
āÕ÷á IPM ä動作Ĉ停止ËÑāg過熱保護動作äĨč
用 語
記 号
ňŜęĪŌsıĈ 図 6 á示ÏgIJŒčĹ IC 側Áÿ IGBT
ĪĬŀ上á配置ËĂÕ温度検出用ĩčēsIJá基準電流
)OH Ĉ流Íh温度á比例ÏāĩčēsIJä順方向電圧値
内 容
Typ.
単位
電源特性
I CCL
ターンオン時電源電流
3.5
mA
I CCH
ターンオフ時電源電流
4.5
mA
V5
内部基準電圧
5.0
V
電源電流
基準電圧
6OH Ĉ監視ÍÜh過熱時áIJŒčĹ出力Ĉ停止ËÑāgÉ
内部基準電圧
ä時 AE 端子ÁÿåĠĢįʼnîċŒsʼn信号Â出力ËĂāg
制御信号入力
ôÕċŒsʼn出力状態å TALM 期間経過Íh過熱保護状態
入力ローレベル
しきい値電圧
V INon
ターンオン入力しきい値電圧
1.35
V
入力ハイレベル
しきい値電圧
V INoff
ターンオフ入力しきい値電圧
1.65
V
入力端子電圧
ヒステリシス
ΔV IN
V INoff − V INon
0.3
V
Áÿ復帰ÍÁÚ IC îä入力 6IN ÂēľáàāôÝ継続Ïāg
過電流保護
（ 2）
IGBT á流ĂÕ過電流Ĉ遮断ÍÜhIGBT ä破壊Ĉ防Æ
必要¸āg過電流保護á関ÏāĨčňŜęĪŌsıĈ
図 7 á示ÏgIGBT ĪĬŀáåh電流Ĉ監視ÏāÕ÷äĤ
表
絶対最大定格（特記なき場合はTa ＝25 ℃）
パラメータ
電源電圧
記 号
条 件
最小値
最大値
単位
V CC
DC
−0.3
20
V
f
ー
ー
（駆動系/制御系）
入力周波数
20
kHz
AE端子電流
I AEmax
DC
ー
25
mA
IN端子電圧
V INmax
DC
GND−0.3
V CC＋0.3
V
OUT端子電圧
V OUTmax
DC
PGND−0.3
V CC＋0.3
V
AE端子電圧
V AEmax
DC
GND−0.3
V CC＋0.3
V
VdGNDmax
DC
−0.2
0.2
V
OC端子電圧
V OCmax
DC
GND−0.3
V CC＋0.3
V
OH端子電圧
V OHmax
DC
GND−0.3
V CC＋0.3
V
動作周囲温度
Ta
ー
−40
125
℃
接合部温度
Tj
ー
−40
150
ー
−40
125
PGND-GND間電圧
T STG
保存温度
ターンオン遅延
時間
t dLH
ターンオン時間からドライバ
出力オンまでの遅れ時間
1.5
s
ターンオフ遅延
時間
t dHL
ターンオフ時間からドライバ
出力オフまでの遅れ時間
1.0
s
遅延時間差
Δt d
t dLH − t dHL
0.5
s
VAEIN
外部アラーム入力しきい値電
圧
2.2
V
VAEHYS
外部アラーム入力しきい値ヒ
ステリシス電圧
1.0
V
外部アラーム
外部アラーム入力
電圧
ヒステリシス
アラーム入力遅れ
t dOUTAE 外部アラーム入力からソフト
時間
遮断までの遅れ時間
アラーム端子抵抗
端子説明
端子記号
制御電源
外部アラーム入力
AE
アラーム出力
IN
制御信号入力
V UV
電源電圧低下検出しきい値
電圧
11.7
V
リセットヒステリ
シス
d VUV
電源電圧低下検出しきい値
電圧ヒステリシス電圧
0.5
V
℃
電源電圧低下検出
・遮断遅れ時間
t dAUV
電源電圧低下検出からアラー
ム出力までの遅れ時間
4.5
℃
アラーム出力
t ALM
アラーム出力ラッチ時間
2
s
mV
過熱保護動作タイミングチャート
V IN
t dLH
t dLH
ソフト
遮断
t dOUTOH
V OUT
V OH
ソフト
遮断
t dOUTOH
V OH（復帰）
V OH
V OH（復帰）
V OH
制御回路用GND
OC
過電流検出信号入力
OH
過熱検出信号入力
PGND
kΩ
電源電圧低下保護
図
AER
OUT
1.3
内 容
VCC
GND
外部アラーム入力端子抵抗
（保護特性）電源電圧低下保護
アラーム保持時間
表
R AER
s
10.0
ドライバ出力
V AE
t dAOH
t ALM
V IN ：IN 端子電圧
V OUT：OUT 端子電圧
V AE ：AE 端子電圧
t dLH ：ターンオン遅延時間
t dAOH
t ALM
t ALM ：アラーム保持時間
V OH
：過熱検出しきい値
t dAOH ：過熱検出からアラーム出力までの遅れ時間
t dOUTOH：過熱検出からＯＵＴ出力低下までの遅れ時間
ドライバ回路用GND
（ 17 ）
特 集
１áh端子説明Ĉ表 2 áh電気的特性Ĉ表 3 á示Ïg電源
富士時報 6OL.O
図
IPM 用小型ドライバ IC
過電流保護動作タイミングチャート
図
電源電圧低下保護タイミングチャート
V UVH
特 集
V IN
t dLH
V CC
t dHL
ソフト
遮断
t dOUTOC
V OUT
V OCth
V OC
t ALM
V AE
t dAOC
V IN ：IN 端子電圧
V OUT：OUT 端子電圧
V AE ：AE 端子電圧
t dLH ：ターンオン遅延時間
t dHL ：ターンオフ遅延時間
図
ソフト
遮断
t dOUTOC
t ALM
V UV
V IN
t dLH
V AE
V UV
t dHL
V OUT
t dAOC
t ALM ：アラーム保持時間
V OC
：過電流検出電圧
t dAOC ：過電流検出からアラーム出力までの遅れ時間
t dOUTOC：過電流検出からＯＵＴ出力低下までの遅れ時間
V OCth ：過電流検出しきい値
V UVH
t dAUV
V CC ：電源電圧
V IN ：IN 端子電圧
V OUT：OUT 端子電圧
V AE ：AE 端子電圧
t dLH ：ターンオン遅延時間
t dHL ：ターンオフ遅延時間
ソフト
遮断
t dOUTUV
t ALM
t dAUV
ソフト
遮断
t dOUTUV
t ALM
t ALM
V UV
V UVH
t dAUV
：アラーム保持時間
：電源電圧低下保護しきい値
：電源電圧低下保護復帰しきい値
：電源電圧低下検出からアラーム出力までの
遅れ時間
V dOUTUV：電源電圧低下検出から OUT 出力低下までの
遅れ時間
短絡保護動作タイミングチャート
V IN
t dLH
熱保護j過電流保護j電源電圧低下保護ä各機能Â動作Í
t dHL
Õ場合hċŒsʼn信号Ĉ外部á伝達ÏāÉÞݸāgø¼
V OUT
V OC
一Úåh外部Áÿä IGBT 駆動j停止信号ĈIJŒčĹ IC
V SCth
á伝達ÏāÉÞݸāg
Ħľı遮断
（ 6）
V AE
V IN ：IN 端子電圧
V OUT：OUT 端子電圧
V AE ：AE 端子電圧
t dLH ：ターンオン遅延時間
t dHL ：ターンオフ遅延時間
V SCth：短絡検出しきい値
V OC ：過電流検出電圧
IJŒčĹ IC åh上記ä過熱保護j過電流保護j電源電
圧低下保護機能Â動作ÏāÞhIGBT Ĉ停止Ïāg停止ä
際hIJŒčĹ IC  IGBT äěsı電圧Ĉ急激á低下ËÑ
āÞhIGBT á流Ăā電流ø急激á変化Íh主回路側ä配
外部îċŒsʼn信号Â出力ËĂāgôÕċŒsʼn出力状態
線čŜĩĘĨŜĢá過大àĞsġ電圧Â発生ÍhIGBT Â
å TALM 期間経過Íh過電流保護状態Áÿ復帰ÍÁÚ IC ä
過電圧破壊Ïā可能性¸āgÉĂĈ避ÇāÕ÷hIJŒč
入力 6IN ÂēľáàāôÝ継続Ïāg
短絡保護
（ 3）
Ĺ IC å保護機能Â動作ÏāÞhIGBT äěsı電圧Ĉ高
抵抗Ý遮断Ïāg
短絡保護時äĨčňŜęĪŌsıĈ 図 8 á示ÏgIGBT
ÂĢčĬĪŜę中h突発的短絡Â発生Íh大電流Â流ĂÕ
あとがき
場合h過電流保護áþā IGBT 停止þĀø前á IGBT Â破
壊Ïā可能性¸āgÓäÕ÷IJŒčĹ IC åh検出抵抗
ä電圧降下 6OC þĀ高º電圧á設定ËĂܺāÍú
値電圧 6SCth Ĉ超¾āÞh瞬時á IC ä出力電流Ĉ抑制Íh
産業用途ä IGBT Ĉ駆動Ïā小型IJŒčĹ IC ä概要Ĉ
紹介ÍÕg
V-IC åh富士電機Â長年市場á提供ÍÜÃÕ IPM á搭
IGBT ä出力電流Ĉ制限Ïāg検出抵抗ä電圧降下Â 6SC
載ËĂܺā R-IC Þ互換性¸āg今後hôÏôÏ増加
Ĉ下ôąĀh短絡状態Â解除ËĂāÞhIGBT å通常äĢ
Ïā産業分野Ýä IPM îäĴsģá迅速á対応ÏāÉÞ
čĬĪŜę動作á戻āg
Ý市場要求Ĉ満足Íh年々 IPM á対ÏāĜĢıj特性j
電源電圧低下保護
（ 4）
IJŒčĹ IC ä電源電圧 6CC Â低下ÍÕ場合hIGBT å
ěsı電圧不足ÞàĀ定常損失Â急激á増加ÏāÕ÷hĢ
機能面Ýä要求Â高ôā中h富士電機ÝåIJŒčĹ IC ä
性能向上Ĉ行ºhÀ客様ä要求áŇĬĪÍÕ製品ä開発á
取Ā組ĉݺÅ所存ݸāg
čĬĪŜę動作Ĉ続ÇāÞĪĬŀ温度Â上昇Í素子破壊Ï
ā可能性¸āgÓäÕ÷電源電圧ÂÍú値電圧 6UVth
参考文献
Ĉ下回āÞhĠĢįʼnîċŒsʼnĈ出力Í IGBT ä動作Ĉ
WSTS. 2008 年春季半導体市場予測i
（ 1）
停止Ïā保護機能Ĉ持Ùܺāg電源電圧保護状態åhċ
藤平龍彦h重兼寿夫i半導体ä現状Þ展望i富士時報i
（ 2）
Œsʼn出力状態Â TALM 期間経過Íh電源電圧Â復帰 6UVH
ÍhÁÚIJŒčĹ IC ä入力 6IN ÂēľáàāôÝ継続Ï
āg電源電圧低下時äĨčňŜęĪŌsıĈ図 9 á示Ïg
ċŒsʼn入出力
（ 5）
ċŒsʼn端子áå二Úä機能¸āg一Úåh上記ä過
（ 18 ）
vol.80, no.6, 2007, p.380-384.
山口厚司ñÁi中j大容量 R Ġœsģ IGBT-IPMi富士
（ 3）
時報ivol.71, no.2, 1998, p.101-105.
西尾実ñÁiĸčĿœĬIJ車用 IGBT 駆動 IC‡Fi007ˆ
i
（ 4）
富士時報ivol.80, no.6, 2007, p.406-409.
富士時報 6OL.O
久保山 貴博}ÅòúôeÕÁèă~
山田 忠則}úôÖeÕÖäĀ~
特 集
第 6 世代パワー MOSFET
「SuperFAP-E3 900 V シリーズ」
新村 康}áºöÿeúÏÍ~
開発ÍÕäÝhÓä特長Ĉ紹介Ïāg
まえがき
地球温暖化úđĶŔės資源ä減少àßä環境問題Â社
製品の概要
会問題ÞÍÜĘŖsģċĬŀËĂā昨今h電子機器åºÙ
3
Ó¼ä省đĶŔės化h省資源化Â求÷ÿĂܺāgÉĂ
表 １ á今回開発中ä SuperFAP-E 900 V Ġœsģä代
á伴ºh電子機器á搭載ËĂāĢčĬĪŜę電源áøh高
表機種Þ従来製品Þä主à特性比較Ĉ示Ïg今回開発ÍÕ
効率化áþā低消費電力化ú部品点数削減àßáþā回路
ĠœsģÝåh単位面積¸ÕĀäēŜ抵抗改善}約 10 %~
ä簡素化h低ķčģ化Â重要課題ÞàÙܺāg
Þ TO-220F ĺĬĚsġîä搭載ĪĬŀĞčģä拡大}約
ƒ注 1„
特á高効率化要求åh国際đĶŔėsĢĨsŀŖęŒʼn
30%~áþĀhTO-220F Ý従来þĀēŜ抵抗Â約 36% 低
ƒ注 2„
ú欧州連合ä EuP 指令 áþĀ電子機器ä省電力化ŀŖę
ÅàÙܺāg
Œʼnä基準Â整備ËĂhİĢĘıĬŀĺĦĜŜ向ÇäĢ
表 2 áh今後系列化予定ä型式Þ代表特性Ĉ示Ïg
čĬĪŜę電源áåh平均効率 85 %}85PLUS~Â求÷ÿ
Ăāàßh従来以上ä高効率化Â要求ËĂܺāg使用Ë
設計施策
Ăā電子İĹčĢø低損失化Ĉ図Āh高効率化á寄与Ïā
900 V 耐圧ä MOSFET Â主á使用ËĂāİĢĘıĬŀ
ÉÞÂ必要ÞàÙܺāg
富士電機ÝåhÉĂôÝ低ēŜ抵抗Þ超高速ĢčĬĪ
ĺĦĜŜúĺĦĜŜĞsĹàßäĢčĬĪŜę電源á対Ï
Ŝę特性Ĉ両立ËÑ低損失化Ĉ実現ÍÕ第 5 世代ĺŘs
ā市場ĴsģÀþé MOSFET á対Ïā要求ĈôÞ÷āÞ
MOSFET}Metal - Oxide - Semiconductor Field - Effect
Transistor~
‡SuperFAP-G Ġ œ s ģ ˆ Ĉ 100 v 900 V 耐
表
圧áÜŒčŜċĬŀÍh電子機器ä高効率化á貢献ÍÜÃ
（TO-220Fパッケージ最大チップでの比較）
SuperFAP-E3と従来品の特性比較
Õg
系 列
SuperFAP-E3
SuperFAP-G
（従来品）
FMV11N90E
2SK3679-01MR
TO-220F
TO-220F
900 V
900 V
今回hËÿá低損失特性Þ低ķčģ特性Ĉ両立ÍÕ第 6
世代ĺŘs MOSFET‡SuperFAP-E3 900 V ĠœsģˆĈ
型 式
パッケージ
ƒ注 1„国際đĶŔėsĢĨsŀŖęŒʼnkOA 機器ä省đĶŔės
äÕ÷ä国際的à環境ŒłœŜę制度g経済産業省Þ米国環
ID
VGS（th）
境保護庁ä相互承認ä下Ý運営Íܺāg
R DS（on）max
ƒ注 2„環境配慮設計á関Ïā EU}欧州連合~ä指令
表
VDS
±11 A
±9 A
4±0.5 V
4±1.0 V
1.0 Ω
1.58 Ω
SuperFAP-E3 900 Vシリーズの製品一覧
耐圧
BV DSS
900 V
パッケージ
定格電流
ID
オン抵抗
R DS（on）
TO-220
TO-220F
T-pack
(D2-pack)
TO-3P（N）
TO-3PF
11 A
1.0 Ω
ー
FMV11N90E
ー
FMHIN90E
FMR11N90E
9A
1.4 Ω
FMP09N90E
FMV11N90E
FMB09N90E
FMH09N90E
FMR09N90E
6A
2.5 Ω
FMP06N90E
FMV05N90E
FMB06N90E
ー
ー
久保山 貴博
山田 忠則
新村 康
ĺŘs MOSFET ä開発j設計á
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İĹčĢ
従事g現在h富士電機İĹčĢ
従事g現在h富士電機İĹčĢį
įĘķŖġs株式会社半導体開発
įĘķŖġs株式会社半導体開発
ĘķŖġs株式会社半導体開発営
営業本部開発統括部İČĢĘœs
営業本部開発統括部İČĢĘœs
業本部開発統括部İĹčĢ技術部g
ıjIC 開発部g
ıjIC 開発部g
（ 19 ）
第 6 世代パワー MOSFET「SuperFAP-E3 900V シリーズ」
富士時報 6OL.O
表 3 äþ¼áàāg
低損失}高効率~化áå低ēŜ抵抗化Þ低ĢčĬĪŜę
.
活性部セル設計
特 集
損失化Â必要ݸāg国際đĶŔėsĢĨsŀŖęŒʼnä
500 v 600 V 耐圧ä SuperFAP-E3 ĠœsģÝåh従来
適合基準Ýåh20 %h50 %h100 % 負荷ä平均効率ä高効
ä SuperFAP-G Ġœsģá比ï低抵抗àďĐsĸĈ適用
率化Ĉ要求ÍÜÀĀh重負荷時ä効率向上äÕ÷á低ē
Í低ēŜ抵抗化Ĉ図ÙÜÃÕg今回ä 900 V 耐圧Ġœsģ
Ŝ抵抗化h軽負荷時ä効率向上äÕ÷á低ĢčĬĪŜę損
Ýø同様áhþĀ低抵抗ďĐsĸĈ適用ÍܺāgÍÁ
失化Ĉ両立Ïā必要¸āgôÕ従来ä
SuperFAP-G
Ġ
œsģåhĢčĬĪŜęĢĽsIJÂ速Å低損失ݸÙÕ
Í低抵抗化åĹŒŜĠĐ耐量ÞıŕsIJēľä関係á¸āg
ÓÉÝhċĹŒŜĠĐ耐量Ĉ向上ËÑā施策ÞÍÜhċĹ
Âh放射ķčģú MOSFET ä誤動作ä要因Þàāěsı
ŒŜĠĐ電流Â流Ă込ö寄生ĹčņsŒıŒŜġĢĨä動
−ĦsĢ間電圧 6GS äœŜėŜęÂ大ÃÁÙÕgÉä 6GS
作ä抑制hċĹŒŜĠĐ時ä各ĤŔ間ä不均一ä解消ä 2
œŜėŜęĈ抑制ÏāÕ÷áěsı抵抗Ĉ大ÃÅÏāÞh
点Ĉ実施ÍÕg
富士電機Ýå SuperFAP-G ĠœsģþĀ平面 pn 接合
ĢčĬĪŜę損失Â大ÃÅàāgÏàą×hĢčĬĪŜę
損失Þ 6GS œŜėŜęä間áåıŕsIJēľä関係¸Āh
á近º擬平面接合構造Ĉ適用ÍܺāgÉä構造Ý低抵抗
ÉĂĈ改善Í低損失化Ĉ図āÉÞÂ重要ݸāg
àďĐsĸĈ適用ÏāÞhċĹŒŜĠĐ破壊時á寄生Ĺč
ôÕh壊ĂáźİĹčĢÞÏāÕ÷áåh電源ä起動
ņsŒä動作ÂþĀ顕在化ÏāÉÞÂ破壊波形Áÿ確認
時àß非定常動作時á生ÎāIJŕčŜ電圧ä跳上ĀáþĀ
ÝÃÕg図 1 áċĹŒŜĠĐ電流ä経路Ĉ示ÏgÉä中Ý
MOSFET ÂċĹŒŜĠĐ降伏ÍÜøċĹŒŜĠĐ電流á
ĦsĢ n+ 領域ä横方向長ËÂĹčņsŒıŒŜġĢĨä
þĀ破壊ÍàºÉÞÂ重要ݸāg
łsĢ抵抗 2b ÞàÙܺāgÓÉÝhĦsĢ n+ 領域ä
使用ËĂā電源åh電子機器ä設計úŊsĔsÊÞá
横方向Ĉ短ÅÍh寄生ĹčņsŒıŒŜġĢĨäłsĢ抵
回路ä基板ŕčċďıú配線長Â異àÙܺāg電源ä誤
抗 2b Ĉ低減ËÑhĹčņsŒıŒŜġĢĨä動作Ĉ抑制
動作ä要因ÞàĀ¼ā MOSFET ä 6GS œŜėŜęåh基
ÍhċĹŒŜĠĐ耐量Ĉ向上ËÑÕg
板ä配線長Â長ÅàāÞ増幅Ïā傾向¸āgÉäÕ÷h
Ëÿáh活性部内ĤŔäěsı抵抗Â均一áàāþ¼
ĪĬŀ構造Ĉ工夫Í MOSFET ä 6GS œŜėŜęĈ抑制Ï
áěsıŒŜijsĈ追加Íh各ĤŔ間ä不均一Ĉ解消ÍÕg
ā必要¸āg
ÉĂáþĀh各ĤŔ間ä内蔵ěsı抵抗ä違ºáþāĢ
čĬĪŜę特性äæÿÚÃĈ抑¾hċĹŒŜĠĐ突入時á
特定ĤŔÖÇáċĹŒŜĠĐ電流Â集中ÏāäĈ防ÄċĹ
表
スイッチング電源の市場ニーズとMOSFETへの要求特性
ŒŜĠĐ耐量Ĉ向上ËÑÕg
ÉĂÿä施策áþĀh低抵抗àďĐsĸĈ適用ÍÜøh
（デスクトップパソコン電源向け）
従来品á対Í約 2 倍äċĹŒŜĠĐ耐量Ĉ達成ÍÕg
スイッチング電源の
市場ニーズ
低損失（高効率）
MOSFETへの要求特性
低損失化Þ使ºúÏËÞĈ達成ÏāÕ÷hĢčĬĪŜ
g低オン抵抗
gスイッチング損失の低減
ę損失Þ 6GS œŜėŜęÞäıŕsIJēľĈ改善Ïā必
要¸āg6GS œŜėŜęĈ抑制ÏāÕ÷áåěsı−IJ
g高アバランシェ耐量
壊れにくい
使いやすい
（基板レイアウトが
しやすい）
g回路パターンや配線の影響を受けにくい
gソースコモン配線が長くてもV GSリンギングが
発生しにくい
ŕčŜ間容量 #GD Ĉ大ÃÅÏā必要¸āÂhÉĂåĢ
čĬĪŜę損失Ĉ大ÃÅÍÜÍô¼gÓÉÝhIJŕčŜ
−ĦsĢ間容量 #DS Þä比率 #GD/#DS Ĉ SuperFAP-G þ
Ā大ÃÅÍhıŕsIJēľä改善Ĉ図ÙÕg図 2 áĺŘs
図
アバランシェ電流経路
図
ソース
パワー MOSFET の断面図とその等価回路
ゲート
ソース
ゲート
C GS
ポリシリコン
ポリシリコン
ソース n+
C GD
ソース n+
ベース p+
ベース p+
チャネル p−
C DS
チャネル p−
ベース抵抗：R b
n−
寄生バイポーラトランジスタ
アバランシェ電流経路
p ウェル間隔
（ゲート電極長）
p ウェル幅
（ 20 ）
ドレイン
n−
n+
n+
メタル
空乏層
メタル
ドレイン
第 6 世代パワー MOSFET「SuperFAP-E3 900V シリーズ」
富士時報 6OL.O
単位長¸ÕĀä発生耐圧向上Ĉãÿ¼Õ÷hĕsIJœŜę
Ŕ間隔}ěsı電極長~
h#DS å p ďĐŔ幅Ý決ôāg#GD
構造ä最適化Ĉ行ÙÕgËÿáh900 V ĠœsģÝåh拡
Ĉ大ÃÅÏāÕ÷ p ďĐŔ間距離Ĉ長ÅÏāÞhpn 接合
散深ËĈ最適化Íh電圧Ĉ持ÕÑāÕ÷äđĬġ部分ä幅
ä擬平面状態Â崩Ăh耐圧Â低下ÍēŜ抵抗特性Â悪Åà
Ĉ短ÅÍܺāgÉä結果h高耐圧j高信頼性Ĉ確保ÍÕ
āgÓÉÝhp ďĐŔ幅Ĉ極小化Íh#GD/#DS ä比率Ĉ大
ôôđĬġ長Ĉ SuperFAP-G ä約 60 % ÞÍhĪĬŀĞč
ÃÅÍhÁÚ単位距離áÀÇāĤŔ数Ĉ増加ÍhēŜ抵抗
ģĠŎœŜĘĈ図Ùܺāg
特性ø改善ÍÕgÉä結果hSuperFAP-G
ä低ĢčĬĪ
SuperFAP-E3 の効果と電源への応用例
Ŝę損失特性Ĉ確保ÍÚÚh単位面積¸ÕĀä #GD Ĉ従
来ä 2 v 3 倍ÞÍ 6GS œŜėŜę特性ÞäıŕsIJēľĈ
SuperFAP-E3 900 V åh高ċĹŒŜĠĐ耐量Ýh低Ģ
改善ÍÕg
čĬĪŜę損失Þ低 6GS œŜėŜę性ÞäıŕsIJēľĈ
.
耐圧構造設計
改善Íܺāg以下á SuperFAP-G Þä比較Ĉ示Ïg
500 v 600 V 耐圧ä
SuperFAP-E3
ĠœsģÞ同様áh
.
図
アバランシェ耐量の比較
図 3 áhċĹŒŜĠĐ耐量}破壊電流値~Ĉ示Ïg同一
アバランシェ耐量（破壊電流値）
ēŜ抵抗品ÝhSuperFAP-E3 900 V äċĹŒŜĠĐ耐量
アバランシェ破壊電流 I av（Ａ）
50
å約 2 倍ÞàÙܺāg
SuperFAP-G Ġœsģä一部型式ÝåhċĹŒŜĠĐ
40
保証電流Ĉ定格ä 50 % á低減ÍܺÕÂhSuperFAPE3 900 V ĠœsģÝåh全型式áÀºÜ定格電流保証ÍÜ
30
ºāg
20
.
10
0
スイッチング損失と V GS リンギングの比較
市販äİĢĘıĬŀĺĦĜŜ用äĢčĬĪŜę電源
SuperFAP-E3
FMY11N90E
（11 A）
SuperFAP-G
F2452-090
（13 A）
図
損失比較（同一ドライブ条件）
V in ＝AC100 V，
=110
fs
kHz ＝25
Ta
℃
図
パワー MOSFET の損失（ J）
140
デスクトップパソコン用スイッチング電源におけるターン
オフ波形（同一ドライブ条件）
50 ns/div
V GS ＝5 V/div
120
12.5 J
100
14.3 J
80
20.8 J
ターンオフ損失
25.7 J
オン抵抗損失
75.8 J
60
40
J
72.1 20
0
V DS ＝100 V/div
ターンオン損失
SuperFAP-E3 900 V
SuperFAP-G 900 V
I D ＝1 A/div
図
模擬回路構成
（a）SuperFAP-E3 900 V
50 ns/div
V GS ＝5 V/div
＋
DUT
V DS ＝100 V/div
I D ＝1 A/div
（b）SuperFAP-G 900 V
Signal-GND
Power-GND
ソースコモン配線距離
（ 21 ）
特 集
MOSFET ä断面図ÞÓä等価容量Ĉ示Ïg#GD å p ďĐ
第 6 世代パワー MOSFET「SuperFAP-E3 900V シリーズ」
富士時報 6OL.O
図
模擬回路におけるソースコモン配線長とリンギング現象
特 集
50 ns/div
ŒĢä低ĢčĬĪŜę損失特性Ĉ達成ÍÕg
.
V GS リンギングの比較
図 6 á模擬回路ä構成h 図 7 á模擬回路áÀÇāĨs
Ŝēľ波形Ĉ示ÏgSuperFAP-E3 900 V å SuperFAP-G
I D ＝1 A/div
V DS ＝200 V/div
Þ比較ÍÜĦsĢ−ĜŋŜ配線距離Ĉ 5 倍程度á長ÅÍ
Üøh同等ŕłŔä 6GS œŜėŜęÀþé波形äèÐõ
V GS ＝5 V/div
Þ à Ù Ü º āg É ä É Þ þ ĀhSuperFAP-E3 900 V å
SuperFAP-G Þ比較ÍÜ基板ŕčċďıä自由度Â向上
Íh電源ŊsĔsáÞÙÜ使ºúϺİĹčĢÞàÙܺ
3
（a）SuperFAP-E 900 V
（コモン部配線長 L＝50 mm）
50 ns/div
I D ＝1 A/div
āgôÕ MOSFET ä誤動作Ĉ抑制Í MOSFET Àþé周
辺İĹčĢä破壊Ĉ防ºÝºāg
あとがき
富士電機Â新Õá開発ÍÕ第 6 世代ĺŘs MOSFET
V DS ＝200 V/div
V GS ＝5 V/div
‡SuperFAP-E3 900 V Ġ œ s ģ ˆ á Ú º Üh 高 ċ Ĺ Œ Ŝ
ĠĐ耐量h低損失h低 6GS œŜėŜę性ÞºÙÕ特長Ĉ紹
介ÍÕg今後h今回開発ÍÕ活性ĤŔÀþé耐圧構造部ä
設計j製造技術Ĉ用ºÜh700 v 900 V 耐圧ä製品系列化
Ĉ行ÙܺÅ所存ݸāg
（b）SuperFAP-G 900 V
（コモン部配線長 L＝10 mm）
参考文献
Kobayashi, T. et al. High-Voltage Power MOSFETs
（ 1）
äŊčŜĜŜĹsĨáÀÇāĨsŜēľ時ä動作áÚº
Üh図 4 á比較波形Ĉh図 5 á損失比較ä結果Ĉ示Ïg図
Reached Almost to the Silicon Limit. Proceedings of
01. 2001, p.435-438.
ISPSD ’
3
4 ä 6GS 波 形 á 見 ÿ Ă ā þ ¼ áhSuperFAP-E 900 V å
山 田 忠 則 ñ Ái 低 損 失j 超 高 速 ĺ Ř s MOSFET
（ 2）
SuperFAP-G Þ比較ÍÜhĨsŜēľä時ä 6GS 振幅Â
i 富 士 時 報ivol.74, no.2, 2001,
‡SuperFAP-G Ġ œ s ģ ˆ
大幅á低減ËĂhœŜėŜęåñÞĉß見ÿĂàºgIJ
p.114-117.
ŕčŜ−ĦsĢ間電圧 6DS áÚºÜø波形äèÐõÂ見
徳西弘之ñÁiĺŘs MOSFET‡SuperFAP-G Ġœsģˆ
（ 3）
ÿĂàÅàĀh大幅á改善Íܺāg6GS œŜėŜę性Þ
ÞÓä適用効果i富士時報ivol.75, no.10, 2002, p.593-597.
ıŕsIJēľä関係á¸āĢčĬĪŜę損失áÚºÜøh
原 幸 仁 ñ Ái 第 6 世 代 MOSFET‡SuperFAP-E Ġœ s
（ 4）
SuperFAP-G á対Í約 8 % 低減ÍÜÀĀh業界ıĬŀĘ
（ 22 ）
3
ģˆ富士時報ivol.80, no.6, 2007, p.432-435.
富士時報 6OL.O
荒木 龍}¸ÿÃeĀû¼~
原 幸仁}åÿeüÃèÞ~
特 集
第 6 世代パワー MOSFET
「SuperFAP-E3S 低 Qg シリーズ」
渡邉 荘太}ąÕàïeÓ¼Õ~
まえがき
図
ソフトスイッチング方式，ハードスイッチング方式におけ
るパワー MOSFET の損失分析結果
近年h環境対策îä取組õå温室効果ĕĢ削減目標Þ同
100
パワー MOSFET の損失（%）
時áhASEANhBRICs Ĉ代表ÞÏā新興国ä経済成長á
伴¼将来的àđĶŔės需給動向Ĉ背景ÞÍÜh省đĶŔ
ės化ä動ÃÂ加速Íܺāg特áh急速á普及Ïā各種
電子機器ä消費電力á対Ïā省đĶŔės化ä動Ãåh国
〈注〉
際đĶŔėsĢĨsŀŖęŒʼn áþĀ電力効率ä向上Â
規制化ËĂhÉĂÿá電力Ĉ供給ÏāĢčĬĪŜę電源ä
高効率化á対Ïā要求ÂôÏôÏ高ôÙܺāgËÿáåh
各種ķčģ規制á対応ÏāÕ÷h低ķčģ化要求îä対応
80
ターンオン損失
ターンオフ損失
60
40
オン抵抗損失
20
0
ソフトスイッチング方式
ø必要不可欠ÞàÙܺāg
ハードスイッチング方式
ÓÉÝhÉĂÿä要求á対応ÏāïÅĢčĬĪŜę電源
á搭載ËĂāĺŘsİĹčĢîä要求å低損失ÁÚ低ķč
ģݸĀh加¾Ü壊ĂáÅÅ使ºúϺÉÞÂ求÷ÿĂÜ
低ķčģ化Ĉ実現ÏāĺŘs MOSFET ÞÍÜ低ēŜ抵抗
ºāg
áþā低損失化Þ低ķčģ特性Ĉ両立ÍՇSuperFAP-E3
ĢčĬĪŜę電源å現在ôÝËôÌôà変換方式Â提
ĠœsģˆĈ汎用系列ÞÍÜŒčŜċĬŀÍÜÃÕg
案ËĂhŊčŜĜŜĹsĨ部áå電流共振ĜŜĹsĨh擬
-IC}ĸsIJĢ
今回hPWM}Pulse Width Modulation~
似共振ĜŜĹsĨàßäĦľıĢčĬĪŜę方式Â増加
čĬĪŜę方式~向Çá従来Ġœsģä特徴ݸā低ē
Í Ü Ã Ü º ā ø ä äh 従 来 方 式 Ý ¸ ā ľ Œ č Ĺ Ĭ Ę 方
Ŝ抵抗特性h低ķčģ性能Þěsı抵抗制御性åÓäô
式hľĒŘsIJ方式hÀþé力率改善回路}PFCkPower
ôáhĢčĬĪŜę性能ä改善Ĉ図ÙÕ第 6 世代ĺŘs
Factor Correction~áÀºÜåĸsIJĢčĬĪŜę方式
MOSFET‡SuperFAP-E3S 低 QgĠœsģˆä開発Ĉ行Ù
Â数多Å使ąĂܺāg図 1 á両者ä方式áÀÇāĺŘs
Õg以下áÓä特徴Þ適用効果áÚºÜ紹介Ïāg
MOSFET}Metal - Oxide - Semiconductor Field - Effect
Transistor~ä損失分析結果Ĉ示ÏgĦľıĢčĬĪŜę
製品の概要
方式ÝåēŜ抵抗損失Â支配的ÞàāÕ÷低ēŜ抵抗特性
äİĹčĢÂ求÷ÿĂāg一方ÝĸsIJĢčĬĪŜę方式
今回h開発ÍÕ SuperFAP-E3S 低 QgĠœsģå PWM-
Ýå損失ä大半ĈēŜ抵抗損失ÞĨsŜēľ損失Â占÷ā
IC}ĸsIJĢčĬĪŜę方式~向ÇÞÍÜh既存ä Super
Õ÷hÉä回路á適用ËĂāĺŘsİĹčĢáå低ēŜ抵
FAP-E3 Ġœsģäŀŕsij型Ýä業界最小ä低ēŜ抵抗
抗áþā低損失化Þ同時áhĢčĬĪŜę性能ä向上Â求
性能Ĉ持ÙÕôôhěsıĪŌsġ特性 Q g Ĉ従来比Ý約
÷ÿĂāg
20 % 低減ËÑhĢčĬĪŜę損失ä低減Ĉ実現Íܺāg
富士電機ÝåhÉĂôÝĢčĬĪŜę電源ä高効率化h
表１å新製品ä代表的à電気的特性Þ従来ĠœsģÞä比
ƒ注„国際đĶŔėsĢĨsŀŖęŒʼnkOA 機器ä省đĶŔėsä
圧áÀÇā系列化一覧Ĉ示Ïg以下á具体的à設計施策á
較Ĉ示Ïg 図 2 á製品ä外観Ĉh 表 2 á 500 Vh600 V 耐
Õ÷ä国際的à環境ŒłœŜę制度g経済産業省Þ米国環境保
ÚºÜ述ïāg
護庁ä相互承認ä下Ý運営Íܺāg
荒木 龍
原 幸仁
渡邉 荘太
ĺŘs MOSFET ä開発j設計á
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İĹčĢ
従事g現在h富士電機İĹčĢ
従事g現在h富士電機İĹčĢį
įĘķŖġs株式会社半導体開発
įĘķŖġs株式会社半導体開発
ĘķŖġs株式会社半導体開発営
営業本部開発統括部İČĢĘœs
営業本部開発統括部İČĢĘœs
業本部開発統括部İĹčĢ技術部g
ıjIC 開発部g
ıjIC 開発部g
（ 23 ）
第 6 世代パワー MOSFT「SuperFAP-E3S 低 Qg シリーズ」
富士時報 6OL.O
÷á低 Q g 化Ĉ行ÙÕgËÿáhĨsŜēŜ時ä突入電流
áþāķčģ低減äÕ÷áěčŜ特性ݸā Gfs Ĉ低減Í
適用技術
特 集
Õg
3S
3
SuperFAP-E 低 Qg å 従 来 ä SuperFAP-E á À Ç ā
ÓÉÝhQ g Þ Gfs Ĉ低減Ïā施策ÞÍÜhěsı酸化膜
{低ēŜ抵抗特性áþā低損失h低ķčģ特性hÁÚ壊Ă
厚ä厚膜化Ĉ行Ùܺāgěsı酸化膜Ĉ厚膜化ËÑÜ
áÅÅÜ使ºúϺ|Þº¼ĜŜĤŀıäøÞhËÿáĢ
ºÅÞěsıÍú値電圧 6GS}th~ Â上昇ÍhēŜ抵抗Â
čĬĪŜę特性ä向上ĈãÿÙÕ製品ݸāg
増加ÏāäÝhĢčĬĪŜę性能向上Þ低ēŜ抵抗特性ä
ĨsŜēľ損失Ĉ低減ÍÜĢčĬĪŜę性能向上ÏāÕ
両立化Â図ĂàÅàāgēŜ抵抗Ĉ悪化ËÑàº範囲Ý
厚膜化Ĉ行¼必要¸āg一般的àĢčĬĪŜę電源用
表
PWM-IC ä駆動電圧 10 V 以上ݸāÉÞĈ考慮Íh従
特性比較
来比約 30 % ä厚膜化ÞÍÕgôÕhěsı酸化膜Ĉ厚膜
SuperFAP-E3S
低Qgシリーズ
SuperFAP-E3シリーズ
（従来製品）
FMV23N50ES
FMA23N50E
ä擬平面接合}QPJkQuasi-Plane-Junction~構造Â維持
TO-220F
TO-220F
ÝÃàÅàĀh耐圧Â低下ÍÜÍô¼gþÙÜhÉä対策
VDS
500 V
500 V
ÞÍÜ表面 n 層ä濃度ä最適化ÞĪŌĶŔ p 拡散層ä最
ID
23 A
23 A
0.245 Ω
0.245 Ω
VGS
4.2 V（typ）
3 V（typ）
Q g Ĉ従来比Ý約 20 % 低減ÝÃÕgËÿáhGfs 低減ä施策
g fs
16 S（typ）
28 S（typ）
ÞÍÜhQPJ 構造Ĉ維持ÍÕôôhĪŌĶŔ密度Ĉ下È
QG
76 nC （typ）
93 nC（typ）
型 式
パッケージ
R DS（on）max
化ÏāÞ拡散形状Â変ąĀhSuperFAP-E3 Þ同等ŕłŔ
適化áþĀ従来Þ同等ä耐圧Ĉ確保Íܺāg
以上ä設計áþĀh 図 3 á示Ïþ¼áěsıĪŌsġ
表面構造ä最適化Ĉ行¼ÉÞáþĀ図 4 á示Ïþ¼áěč
Ŝ特性å従来比Ý約 40 % 低減Íܺāg
図
新製品外観
図
Q g 比較
SuperFAP-E3S 低 Qg
V DS ，
V GS（V）
V DS
V GS
SuperFAP-E3
Q g（nC）
表
SuperFAP-E3S 低Qgシリーズの製品一覧
耐圧
BV DSS
500 V
パッケージ
定格電流
ID
オン抵抗
R DS（on）
ゲート
Qg
チャージ TO-220
TO-220F
T-pack
12 A
0.52 Ω
36 nC
FMP12N50ES
FMV12N50ES
16 A
0.38 Ω
48 nC
FMP16N50ES
FMV16N50ES
20 A
0.31 Ω
59 nC
FMP20N50ES
FMV20N50ES
FMI20N50ES
ー
ー
21 A
0.27 Ω
66 nC
ー
FMV21N50ES
ー
FMH21N50ES
FMR21N50ES
23 A
0.245 Ω
72 nC
ー
FMV23N50ES
ー
FMH23N50ES
FMR23N50ES
28 A
0.19 Ω
100 nC
ー
FMV28N50ES
ー
FMH28N50ES
FMR28N50ES
TO-3P
TO-3PF
FMI12N50ES
ー
ー
FMI16N50ES
FMH16N50ES
ー
6A
1.2 Ω
27 nC
FMP06N60ES
FMV06N60ES
FMI06N60ES
ー
ー
12 A
0.75 Ω
37 nC
FMP12N60ES
FMV12N60ES
FMI12N60ES
ー
ー
16 A
0.47 Ω
58 nC
FMP16N60ES
FMV16N60ES
FMI16N60ES
ー
ー
17 A
0.40 Ω
69 nC
ー
FMV17N60ES
ー
FMH17N60ES
FMR17N60ES
19 A
0.365 Ω
81 nC
ー
FMV19N60ES
ー
FMH19N60ES
FMR19N60ES
23 A
0.28 Ω
100 nC
ー
ー
ー
FMH23N60ES
FMR23N60ES
600 V
（ 24 ）
第 6 世代パワー MOSFT「SuperFAP-E3S 低 Qg シリーズ」
富士時報 6OL.O
図
g fs 比較
図
臨界モード PFC 回路におけるターンオフ波形比較
g fs（S）
SuperFAP-E3
E toff ：24.3 J
dv / dt ：11.4 kV/ s
ターンオフ時 di / dt ：177.1 A/ s
ターンオン時 100 ns/div
100 ns/div
V GS：5 V/div
V GS：5 V/div
I DS：2 A/div
SuperFAP-E3S 低 Qg
I DS：2 A/div
V DS：100 V/div
V DS：100 V/div
t off
t off
（a）SuperFAP-E3S 低 Qg （b）SuperFAP-E3
I D（A）
図
図
PFC 回路における損失分析結果
ターンオフ損失 E toff - ターンオフ dv /dt 特性
60
パワー MOSFET の損失（W）
臨界モード PFC 回路（出力 135 W）
V =100
V =19
V，
V，I =7
A，T =25
℃
in
o
o
c
E toff（ J）
SuperFAP-E3
SuperFAP-E3S 低 Qg
50
40
20
ターンオフ損失 E toff - ターンオフ di /dt 特性
臨界モード PFC 回路（出力 135 W）
V =100
V =19
V，
V，I =7
A，T =25
℃
in
o
o
c
3
SuperFAP-E
12.0 W
p ton
10.1W
p toff
16.6 W
p on
11.1W
SuperFAP-E3
SuperFAP-E3S 低 Qg
（a）連続モード
V in =AC100 V，f =41
kHz，
T =25
℃
s
a
1.5
1.0
0.61W
p toff
0.71W
p on
0.5
0
E toff（ J）
21.3 W
10
2.0
パワー MOSFET の損失（W）
図
10.1W
30
0
dv / dt（kV/ s）
ターンオフ V in =AC100 V，f =72
T =25
kHz，
℃
s
a
0.49 W
0.66 W
SuperFAP-E3
SuperFAP-E3S 低 Qg
（b）臨界モード
SuperFAP-E3S 低 Qg
特性ÞĨsŜēľ損失Þä関係øıŕsIJēľĈ改善Ïā
方向性Ĉ示ÍĢčĬĪŜę性能ä向上Ĉ実現Íܺāg
適用効果
di / dt（A/ s）
ターンオフ .
連続・臨界モード PFC 回路への適用
ÉĂÿ Q g 低減Þ Gfs 低減施策áþĀĢčĬĪŜę性能
図 7 áh 実 回 路 á À Ç ā 適 用 効 果 Þ Í Ü 臨 界 ŋ s IJ
Ĉ改善ÍÜÀĀhĢčĬĪŜę損失ÞĢčĬĪŜę時äķ
PFC 回路á使用ÍÕ場合äĨsŜēľ時ä波形Ĉ示Ïg
čģä原因Þàā DV/DT ÞıŕsIJēľÞä関係Ĉ図 5 á
SuperFAP-E3S 低 Qg å従来品 SuperFAP-E3 Þ比較ÍÜ
示Ïg
低ěsıĪŌsġ特性áþĀĨsŜēľ期間 Toff Â短絡Ë
ĨsŜēľ損失 %toff ÞĨsŜēľ時äIJŕčŜ電圧変化
率 DV/DT äıŕsIJēľå従来製品äěsı抵抗制御性å
ĂÜÀĀhĢčĬĪŜę損失å約 20 % ä低減Ĉ実現ÍÜ
ºāg
Óäôôáh同一 DV/DT 条件下áÀºÜ約 25% 改善ÍÜ
図 8 áh実ċŀœĚsĠŐŜáÀÇā連続ŋsIJ PFC
ºāgôÕh 図 6 á示ÏĨsŜēľ時ä電流変化率 DI/DT
回路h臨界ŋsIJ PFC 回路ÓĂÔĂä発生損失ä分析結
（ 25 ）
特 集
E toff ：18.7 J
dv / dt ：12.8 kV/ s
ターンオフ時 di / dt ：213.6 A/ s
ターンオン時 第 6 世代パワー MOSFT「SuperFAP-E3S 低 Qg シリーズ」
富士時報 6OL.O
表
図
アプリケーションへの適用効果
適用回路
と方式
項 目
従来品
新製品
改善効果
電力効率η
86.7 %
87.1%
＋0.4 %
ケース温度
上昇 ΔT C
34 ℃
30 ℃
−4 ℃
電力効率η
72.9%
73.3 %
＋0.4 %
ケース温度
上昇 ΔT C
98 ℃
92 ℃
−6 ℃
電力効率η
87.3 %
87.7 %
＋0.4 %
V in =AC100 V，f =62
kHz，
T =25
℃
s
a
2.5
AC
アダプタ
135 W
パソコン
電源
400 W
PFC回路
（臨界モード）
PFC回路
（連続モード）
メイン
AC
コントニタ
アダプタ
（フライ
65 W
バック）
ケース温度
上昇 ΔT C
90 ℃
84 ℃
−6 ℃
パワー MOSFET の損失（W）
特 集
アプリケー
ション
フライバック回路における損失分析結果
2.0
0.2 W
1.5
0.45 W
0.18 W
p toff
0.36 W
1.0
1.26 W
0.5
0
図
p ton
SuperFAP-E3
p on
1.13 W
SuperFAP-E3S 低 Qg
フライバック回路におけるターンオン特性比較
ゲート抵抗：82Ω
dv / dt ：−6.6 kV/ s
ターンオン時 E on：2.89 J
ゲート抵抗：100Ω
dv / dt ：−7.2 kV/ s
ターンオン時 E on：3.24 J
dv /dt ＝5 kV/ s/div
dv /dt ＝5 kV/ s/div
V DS：100 V/div
V DS：100 V/div
āgÉä SuperFAP-E3S 低 Qg ĈľŒčĹĬĘ回路á置Ã
換¾適用ÏāÞh突入電流áþāķčģĈ低減Íh低減損
失Ĉ実現ÏāÉÞÂ可能ݸāg
ôÕh図
á SuperFAP-E3S 低 Qg 適用áÀÇā損失分
析結果Ĉ示ÏgÉä SuperFAP-E3S 低 Qg Ýå従来品Þ比
較ÍÜĨsŜēŜhĨsŜēľ損失ä低減効果áþĀ全損
I D：1 A/div
I D：1 A/div
（a）SuperFAP-E3S 低 Qg （b）SuperFAP-E3
失Â約 12 % 低減ÝÃāgİĹčĢ温度上昇å約Ǽ6 ℃低
減Íhηå約＋0.4 % 向上Íh電源ĠĢįʼnä性能向上Â
実現ÝÃāg
果Ĉ示Ïg図中ä 0on åēŜ抵抗損失h0toff åĨsŜēľ
あとがき
損失h0ton åĨsŜēŜ損失Ĉ表Íܺāg連続ŋsIJ
PFC 回路áÀºÜøh臨界ŋsIJ PFC Þ同様áĨsŜē
SuperFAP-E3
富士電機Â新規開発ÍÕ低ěsıĪŌsġ特性áþĀ
Þ比較ÍÜ約 20 % 低減Ïā効果
ĢčĬĪŜę性能向上Ĉ実現ÍÕĺŘs MOSFET ÞÍÜ
Â得ÿĂܺāgôÕhÓĂÔĂä回路ÞøĨsŜēľ
‡SuperFAP-E3S 低 Qg Ġœsģˆä製品特徴Þ適用効果á
損失ä低減効果áþĀ全損失ø SuperFAP-E3 Þ比較ÍÜ
ÚºÜ紹介ÍÕg本製品åhĢčĬĪŜę電源á搭載ËĂ
約 17 % 低減ËĂÜÀĀh 表 3 á示Ïþ¼áİĹčĢ温度
āĺŘsİĹčĢä要求ݸā低ēŜ抵抗h低ĢčĬĪŜ
上昇ÞÍÜå約Ǽ4 v 6 ℃低減Íh電力変換効率ηå約＋
ę損失h低ķčģäĹŒŜĢÞıŕsIJēľĈ改善ÝÃÕ
0.4 % 向上Íh電源ĠĢįʼnä性能向上Â実現ÝÃāg
Õ÷h本製品Ĉ適用ÏāÉÞáþĀ電子機器ĠĢįʼnÞÍ
ľ損失Â
Üä電力効率向上Þ温度上昇低減Ĉ実現Íh省đĶŔės
.
フライバック回路への適用
化á貢献ÝÃāøäÞ確信Ïāg
図 9 áhľŒčĹĬĘ回路áÀÇāķčģ発生原因ä
一ÚݸāĨsŜēŜ時ä突入電流低減効果Ĉ示Ïg従
来品 SuperFAP-E3 Ýåh突入電流抑制äÕ÷ěsı抵
参考文献
Kobayashi, T. et al. High-Voltage Power MOSFETs
（ 1）
抗Ĉ SuperFAP-E3S 低 Qg á比ï約 20 % 大ÃÅ設定Ïā
Reached Almost to the Silicon Limit. Proceedings of ISPSD
必要¸āÕ÷hĨsŜēŜ損失Â増加ÍܺÕg一方
01. 2001, p.435-438.
z
SuperFAP-E3S 低 Qg Ýåhěsı抵抗Ĉ大ÃÅÍÕ従来
品Þ同等以下ä突入電流Þ低ĨsŜēŜ損失Ĉ実現Íܺ
（ 26 ）
3
原幸仁ñÁi第 6 世代 MOSFET
‡SuperFAP-E Ġœsģˆ
i
（ 2）
富士時報ivol.80, no.6, 2007, p.432-435.
富士時報 6OL.O
自動車用トレンチ MOSFET
特 集
有田 康彦}¸ĀÕeúÏèÉ~
中村 賢平}àÁöÿeÇĉðº~
西村 武義}áÍöÿeÕÇþÍ~
ĺŘs MOSFET ä需要å今後ôÏôÏ増大ÍhËÿàā
まえがき
性能向上Â求÷ÿĂܺāg
近年ä原油価格高騰á伴ºh自動車ä低燃費化åôÏ
富士電機ÝåhÉĂÿ自動車ä機構部品ä電子化úh電
ôÏ重要áàÙܺāgôÕhCO2 削減àßä環境意識ä
子ĠĢįʼnä高効率化àßä要求á対応ÏāÕ÷h各種ä
高ôĀÁÿh環境負荷低減Ĉ目的ÞÍÕ機構部品ä電子
ĺŘs MOSFET ä開発Àþé製品化Ĉ実施ÍܺāgÉ
化á伴ºh自動車電装分野îäĺŘs MOSFET}Metal-
ÉÝåh富士電機ä自動車電装用ĺŘs MOSFET ä中Ý
Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor~ä適用Â
øh主á EPS 用途àÿéá HEV 車ä DC-DC ĜŜĹsĨ
増加Íܺāg
部á使用ËĂܺāıŕŜĪ MOSFET áÚºÜhÓä系
例¾æh低燃費化Ĉ図āÕ÷áh油圧制御ݸÙÕĺ
列h特徴Àþé今後ä開発動向áÚºÜ紹介Ïāg
ŘsĢįċœŜę装置ÂþĀ軽量à電動ĺŘsĢįċœŜ
ę}EPS~îÞ急速á置Ã換ąÙܺāg小型車Áÿ適用
富士電機のトレンチ MOSFET
Â始ôÙÕ EPS åh近年Ýå中型Áÿ大型自動車ôÝ適
用車種Â増加ÍÚÚ¸ĀhEPS 搭載車ä生産台数å年 8 %
表１á富士電機ä自動車電装用途äıŕŜĪ MOSFET
程度ä堅調à増加Â予想ËĂܺāgôÕh低燃費àÿ
ä定格Þ適用分野Ĉ示ÏgôÕhÓäĺĬĚsġä外観
éá環境負荷低減目的Ý商品化ËĂÜÃÕĸčĿœĬIJ車
Ĉ図 1 á示Ïg現在富士電機ÝåhEPS 用 MOSFET ÞÍ
}HEV~ä生産台数åh近年ä原油価格高騰áø後押ÍË
Ü 40 Vh60 V 耐圧品Ĉ系列化Íh42 V 電源}36 V ĹĬį
œs~用ÞÍÜ 75 V 耐圧品Ĉ系列化Íܺāg
Ăh年 25 % 程度ä伸éÂ見込ôĂāþ¼áàÙÕg
ÉĂÿä用途á使用ËĂāĢčĬĪŜęİĹčĢݸā
表
富士電機の自動車電装用トレンチMOSFETの定格と適用分野
電気的特性
トレンチ
世代
FT-Ⅰ
型 式
V ds
Id
Vgs
R ds（on）
V gs（th）
パッケージ
用 途
2SK3270-01
60 V
80 A
+30 V/−20V
6.5 mΩ
3±0.5 V
TO-220
EPS
2SK3271-01
60 V
100 A
+30 V/−20V
6.5 mΩ
3±0.5 V
TO-3P
EPS
2SK3272-01L，S，SJ
60 V
80 A
+30 V/−20V
6.5 mΩ
3±0.5 V
D2-PACK
EPS
2SK3273-01MR
60 V
70 A
+30 V/−20V
6.5 mΩ
3±0.5 V
TO-220F
EPS
2SK3804-01S
75 V
70 A
+20 V/−20V
8.5 mΩ
3±0.5 V
D2-PACK
EPS, アクティブ
スタビライザ
2SK3730-01MR
75 V
70 A
+20 V/−20V
7.9 mΩ
3±0.5 V
TO-220F
EPS
40（V）
70（A）
+30 V/−20V
6.0 mΩ
3±1.0 V
TO-247
EPS
2SK4068-32
FT-Ⅱ
FT-Ⅲ
備 考
2SK4047-01S
60（V）
70（A）
+30 V/−20V
6.5 mΩ
3±0.5 V
D2-PACK
EPS, アクティブ
スタビライザ
F15□□
40（V）
70（A）
+30 V/−20V
5.2 mΩ
3±0.5 V
TO-247
EPS
開発中
F15□□
60（V）
80（A）
+30 V/−20V
3.0 mΩ
3±0.5 V
D2-PACK
EPS
開発中
TFP
DC-DCコンバータ，
HID
開発中
F15□□
100（V）
40（A）
+30 V/−20V
18.0 mΩ
3±1.0 V
有田 康彦
中村 賢平
西村 武義
ĺŘs MOSFET ä開発j設計á
車 載 用 複 合 İ Ĺ č Ģh ĺ Ř s
ĺŘs半導体素子ä開発j設計á
従事g現在h富士電機İĹčĢ
MOSFET ä開発j設計á従事g
従事g現在h富士電機İĹčĢį
įĘķŖġs株式会社半導体開発
現在h富士電機İĹčĢįĘķŖ
ĘķŖġs株式会社開発統括部İ
営業本部開発統括部İČĢĘœs
ġs株式会社半導体開発営業本部
ĹčĢ技術部g
ıjIC 開発部g
開発統括部İČĢĘœsıjIC
開発部g
（ 27 ）
富士時報 6OL.O
自動車用トレンチ MOSFET
単位面積¸ÕĀäĪŌĶŔä数Ĉ増加ËÑÕgËÿáĪŌ
ĶŔ長Ĉ最適化ÍÜĪŌĶŔ抵抗成分ĈËÿá低減Ïā
自動車電装用トレンチ MOSFET の特徴
特 集
ÉÞáþĀhFT-Ⅱá比ïÜ単位面積¸ÕĀäēŜ抵抗Ĉ
EPS 用電子制御装置å高温雰囲気下Ý長期間確実á動
20 % 低減ÍÕ FT-ⅢĈ実現ÍÕg
作ÏāÉÞÂ要求ËĂāÕ÷h高信頼性àÿéá低損失性
ôÕhMOSFET åēŜ抵抗ÞĢčĬĪŜęĢĽsIJÂ
Â重要ݸāg富士電機Ýå従来ÁÿhıŕŜĪ構造Ĉ採
ıŕsIJēľä関係á¸āg今回製品化Íܺā新型ı
用ÍÕ低ēŜ抵抗 MOSFET Ĉ EPS 用á系列化Íܺā
ŕŜĪ MOSFET ÝåhēŜ抵抗 2on ÞĢčĬĪŜę時間
Âh近年ÝåËÿàā低損失化Ĉ目的ÞÍÜ低ēŜ抵抗化
ä指標ÞàāěsıĪŌsġ Q gd Þä積ݸā性能指数
Â要求ËĂܺāg
2onjQ gd Ĉ FT-Ⅱá比ïÜ約 10 % 低減Íܺāg 図 3 á
富士電機ÝåÉä低ēŜ抵抗化ä要求á対応ÏāÕ÷áh
従来ıŕŜĪ MOSFET ä FT-ⅠhFT-ⅡÀþé FT-Ⅲ
ıŕŜĪ構造ä新規設計Ĉ行ºh単位面積¸ÕĀäēŜ抵
äĪĬŀáÚºÜhFT-Ⅰä 2onjQ gd Ĉ 1 ÞÍÕ場合ä相
抗Ĉ従来äıŕŜĪ MOSFET‡FT-Ⅱˆá比ïÜËÿá
対比較結果Ĉ示Ïg
低減ËÑÕ新型ıŕŜĪ
MOSFET‡FT-ⅢˆĈ開発ÍÜ
図 4 á 60 V 耐圧ä FT-ⅠhFT-ⅡÀþé FT-ⅢäĪĬ
ŀáÚºÜh同一ĺĬĚsġ品ÝŋsĨĈ駆動ÍÕ場合ä
ºāg以下áÓä特徴áÚºÜ紹介Ïāg
ıŕŜĪ構造ä設計ŔsŔ微細化áþā低ēŜ抵抗化
（ 1）
図 2 á FT-ⅡäĪĬŀ構造Þ FT-ⅢäĪĬŀ構造ä断
面比較Ĉ示ÏgıŕŜĪĪĬŀ構造åhěsı部分á精度
損失ĠňŎŕsĠŐŜ例Ĉ示ÏgFT-ⅢäĪĬŀåhFTⅡäĪĬŀá比ïÜısĨŔ損失Ý約 25 % 低減Íܺāg
ěsıÍú値電圧á対Ïā設計
（ 2）
äþºđĬĪŜęÝ凹部構造Ĉ形成ÍÜhĪŌĶŔ抵抗成
EPS á使用ËĂā MOSFET Ýå低ēŜ抵抗特性Â重視
分Þ JFET}Junction FET~効果ä抵抗成分Ĉ大幅á低
ËĂܺāÕ÷hēŜ抵抗特性ÞıŕsIJēľä関係á¸
減ÏāÉÞÂ可能Þàāg富士電機ÝåhıŕŜĪ部á高
āěsıÍú値電圧 6gs}th~ 1 v 2 V 程度ä MOSFET
品質àěsı酸化膜Ĉ形成ÏāÉÞÝh高ºěsı保証電
Â一般的ݸāgÍÁÍhěsıÍú値電圧Â小˺Þ
圧 6GS}＋30/−20 V~Þěsı信頼性Ĉ持ÙÕ低ēŜ抵
電磁ķčģàßáþā誤動作Â起ÃúϺ޺¼問題¸
抗ıŕŜĪ MOSFET Ĉ製品化Íܺāg
āg
今回hıŕŜĪ構造ä設計ŔsŔĈ従来þĀ微細化ÍÜ
富士電機ä EPS 用ıŕŜĪ MOSFET åhěsı信頼
性Ĉ考慮ÍÜěsı酸化膜厚ÀþéĪŌĶŔ濃度Ĉ調整Ï
図
āÉÞÝh代表的àěsıÍú値電圧Ĉ 3 V Þ最適化Íh
パッケージ系列の外観
ķčģ誤動作防止Ĉ考慮ÍÜ設計Íܺāg
図
R on・Q gd の相対比較
1.2
1.0
D2-Pack
相対値
TO-220
TO-3P
フルモールド
TO-247
TO-220AB
0.8
0.6
0.4
0.2
図
0
FT-Ⅱと FT-Ⅲの断面比較
設計ルール微細化
（単位面積あたりのオン抵抗
R on・ 減少）
A
設計ルール
ソース
ゲート
図
p
p＋
n＋
p
ゲート酸化膜
n＋
n＋
n＋
p＋
n＋
p
（ ）
R CH
チャネル長短縮
R CH 減少）
（チャネル抵抗 n−
n−
n＋
n＋
ドレイン
ドレイン
（a）FT-Ⅱ
（b）FT-Ⅲ
＝40
V，
I d ＝60 A，
V
f =36 kHz，duty＝50％
ds
P off：オフ損失
P sw：スイッチング損失
P on：オン損失
n＋
4
p
ゲート酸化膜
トレンチ
トレンチ
（ 28 ）
FT-Ⅲ
ソース ゲート
損失（W）
n＋
FT-Ⅱ
損失シミュレーション
5
n＋
FT-Ⅰ
3
2
1
0
FT-Ⅰ
FT-Ⅱ
FT-Ⅲ
富士時報 6OL.O
図
自動車用トレンチ MOSFET
ŋsĨä負荷短絡ŋsIJh②ŋsĨÞ電子制御ŏĴĬı
EPS システムの等価回路
}ECU~Ĉ接続Ïā配線ä地絡ŋsIJh③ H ĿœĬġôÕ
三相モータ制御
å三相ĿœĬġĈ構成Ïā上下間İĹčĢäċsʼn短絡
電子制御ユニット（ECU）
＋V cc
①負荷短絡
モード
ドライブ
回路
ドライブ
回路へ
各ゲート
へ
ŋsIJàßh瞬時的à大電流責務áø耐¾¼ā信頼性Â必
特
要ݸāg
集
図 6 áh富士電機ä MOSFET 製品ä内部構造Ĉ示Ïg
EPS ä最大ıŔĘ時}ŋsĨ電流 30 v 65 A 程度~áåh
三相
モータ
大電流áþāĪĬŀä発熱á加¾Üh外部端子á接続Ïā
œsIJŘčō部Ýø大Ãà発熱¸āg富士電機ÝåÉĂ
ÿä課題á対Íh①内部接続Řčōä大口径化Àþé②内
マイコン
③アーム
短絡モード
②地絡
モード
−
＋
部接続Řčōä複数本化Þº¼対策Ĉ行Ùܺāg
以上ä特徴Ĉ持ÙÕ富士電機ıŕŜĪ MOSFET åh
EPS 以外áø幅広º自動車電装用途îä採用Â進ĉݺ
āg
図
あとがき
パワー MOSFET の内部構造
エポキシ樹脂
富士電機Ýå今ôÝh今回紹介ÍÕþ¼à各種自動車電
装用ıŕŜĪ MOSFET Ĉ開発Íh製品化ÍÜÃÕg現在h
半導体チップ
ベース
フレーム
Ëÿàā低ēŜ抵抗化Àþé小型化ä要求á応¾āÕ÷h
ıŕŜĪ構造Àþé結晶ä最適化áþā次世代ıŕŜĪ技
術ä開発á注力Íܺāg今後ø自動車電装分野áÀÇā
リードワイヤ
機構部品電子化Àþé電装部品低損失化îäËÿàāĴs
ģá応¾āÕ÷h絶¾間àº製品開発Þ提案Ĉ行ºh自動
車電装分野äôÏôÏä発展á貢献ÍܺÅ所存ݸāg
発熱部
参考文献
Onozawa, Y. et al. Development of the next generation
（ 1）
1,200 V trench- gate FS- IGBT featuring lower EMI noise
07.
and lower switching loss. Proc. of ISPSD’
堀内康司ñÁi自動車用ĺŘs MOSFETi富士時報i
（ 2）
vol.76, no.10, 2003, p.601-605.
有田康彦h西村武義i自動車電装用ĺŘs MOSFETi富
（ 3）
大電流耐量ÁÚ高信頼性
（ 3）
士時報ivol.79, no.5, 2006, p.378-381.
EPS 用 ä Ġ Ģ į ʼn á À º Ü åh 図 5 á 示 Ï þ ¼ à ①
（ 29 ）
富士時報 6OL.O
インテリジェントパワー MOSFET
特 集
岩田 英樹}ºąÕeèÝÃ~
岩水 守生}ºąõÐeøĀÀ~
豊田 善昭}ÞþÖeþ͸Ã~
（ 1）
年Áÿ 2008 年áÁÇh10 Áÿ 65 á増加 ÍÜÀĀhÉä
まえがき
比率Ý ECU ä小型化Â必要áàāg富士電機äčŜįœ
自動車電装業界Ýå{環境|
{安全|
{快適|ĈĖsŘs
ġĐŜıĺŘs MOSFET  1 A 流Ïäá必要à実装面積
IJÞÏā自動車電子制御ĠĢįʼnä進化á拍車ÂÁÁÙ
ø同様ä比率Ýh1990 年Áÿ 2006 年áÁÇ 1/7 未満á小
ܺāg環境j安全j快適性能向上äÕ÷áåhđŜġŜh
型化Íܺāg
ıŒŜĢňĬĠŐŜhĿŕsĖàßä電子制御Âh従来ä
ēŜēľ制御h機械制御ÁÿœĴċ制御úŋsĨ制御á高
インテリジェントパワー MOSFET
度化ËĂhÉĂÿĈĜŜıŖsŔÏā各 ECU}Electronic
Control Unit~ä統合化ø進ĉݺāgËÿáhÉĂÿ
前述ä自動車電装業界ä要求á応¾h富士電機Ýå次á
ECU ä大規模化á伴¼搭載ĢŃsĢ捻出äÕ÷hECU ä
示Ï 2 種類äčŜįœġĐŜıĺŘs MOSFET 系列ä開
小型化Â切望ËĂܺāgECU á搭載ËĂh電子制御Ġ
発Ĉ推進ÍÜÃÕg系列ä一覧Ĉ図 2 á示Ïg
Ģįʼnä手足ä役割Ĉ受Ç持ÚĺŘsİĹčĢø同様áh
高機能 MOSFET Ġœsģ
（ 1）
出力段ĺŘs MOSFET á短絡保護}過電流j過熱保
高性能化h小型化Â求÷ÿĂܺāg
富士電機Ýåh制御j保護j自己診断àßä回路Þ出力
護~àßä保護機能Ĉ内蔵Íh単体 MOSFET úĹčņs
段 ĺ Ř s MOSFET}Metal-Oxide-Semiconductor Field
ŒıŒŜġĢĨ同様ä 3 端子構成ÞÍÕ製品ݸāg電流
-Effect
Transistor~àßäĺŘsİĹčĢĈ自己分離型
定格á応ÎÜ 4 種類äĺĬĚsġĈŒčŜċĬŀÍܺāg
CMOS/DMOS}Complementary MOS/Diffusion MOS~
Éä中Ý特徴的à製品å‡F5048ˆÝh他ä系列品ä耐圧
ŀŖĤĢ構造Ĉ用ºÜŘŜĪĬŀ化ÍÕčŜįœġĐŜı
å 40 V ÖÂhF5048 å耐圧Ĉ 80 V á設定ÏāÉÞÝŖs
ĺŘs MOSFET Ĉ系列化ÍÜ上述ÍÕ要求á応¾ÜÃÕg
IJĩŜŀĞsġľœsĈ可能áÍÕg
特á切望ËĂܺā小型化要求á関ÍhECU ä大規模化
IPS}Intelligent Power Switch~Ġœsģ
（ 2）
Þ富士電機äčŜįœġĐŜıĺŘs MOSFET ä小型
出力段ĺŘs MOSFET áh駆動回路h保護回路}過電
化ä関係Ĉ図 1 á示Ïg¸ā高級車ä ECU 搭載数å 1990
流j過熱j過電圧~Àþé状態出力回路Ĉ内蔵ÍÕ製品
Ýh自動車電子制御ĠĢįʼnáÀÇāh油圧ĦŕķčIJĹ
図
ŔĿhŒŜŀhŋsĨhœŕsàßä制御用á開発ÍÕ
ECU 搭載数と富士電機のインテリジェントパワー
İĹčĢݸāg出力段ĺŘs MOSFET áå n ĪŌĶŔ
MOSFET 技術
ＥＣＵの搭載数（個）
1
90
0.9
80
0.8
70
0.7
60
0.6
50
0.5
40
0.4
30
0.3
20
0.2
10
0.1
1 A あたり実装相対面積
（1990 年時面積を 1 とする）
MOSFET Ĉ使用ÍÜÀĀhěsı電圧昇圧用ĪŌsġņ
100
Ŝŀ回路Ĉ内蔵ÍܺāĸčĞčIJ型ä半導体素子ݸāg
SOP-8 ĺĬĚsġ品ä‡F5044HˆĈ代表áh最低動作電
源電圧 3.0 V Þ低º‡F5045Pˆúh次á詳細Ĉ示Ï超小
型 IPS ú大電流 IPS àß特徴¸ā系列品ĈÓă¾Üºāg
超小型 IPS
（ 3）
ECU ä小型化á対応ÏāÕ÷h駆動回路h過電流j過
電圧j過熱àßä保護回路ú CPU Þä通信機能Þàā状
態出力回路Ĉ出力段ĺŘs MOSFET ÞŘŜĪĬŀ化Íh
0
0
1990 1995 2000 2005 2010
年
ÓäĺĬĚsġáďĐsĸŕłŔĺĬĚsġݸā CSP
}Chip Size Package~ Ĉ 適 用 Í Õ 超 小 型 IPS‡F5054Hˆ
（ 30 ）
岩田 英樹
岩水 守生
豊田 善昭
半導体İĹčĢä開発á従事g現
半導体İĹčĢä開発á従事g現
半導体İĹčĢä研究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株式会社半導体開発j営業本
ġs株式会社半導体開発j営業本
ġs株式会社電子İĹčĢ研究所
部開発統括部İČĢĘœsıjIC
部開発統括部İČĢĘœsıjIC
İĹčĢ開発部g
開発部g
開発部g
富士時報 6OL.O
図
インテリジェントパワー MOSFET
インテリジェントパワー MOSFET 製品ラインアップ
特 集
全デバイスとも，過電流検出機能，過熱検出機能を搭載
（*）：2 チャネル品
○：Ｉ
ＰＳシリーズ（ハイサイド型）
□：高機能ＭＯＳＦＥＴシリーズ（ローサイド型）
25 ℃時の Ｒ DS（on）max（Ω）
1
0.1
F5020
F5018
F5042
F5045P
F5033（*）
F5041（*） SOP-8
F5060L（*）
F5019
F5043
D-PAK
F5044H
D2-PAK
F5048
D2-PAK
SOP-8
SOP-8
0.01
：50 V （過電圧保護機能，ST 出力機能搭載）
：50 V ：40 V （ST 出力機能搭載）
：40 V
：80 V
0.001
0.1
F5062H
Low Ｒ DS（on）
F5054H
F5055（*）
CSP
PSOP-12
SSOP-20
1
10
100
最大定格電流（A）
Ĉ開発Í量産化Íܺāg本製品å CSP 技術áþĀh端
図
F5060L パッケージ外形図と端子配列
子ĈåĉÖŅsŔ構成ÞÍÜĪĬŀ表面側á配置Íhŋs
ŔIJ樹脂ĈĪĬŀĞčģÞ同一面積áÏāÉÞÝhĺĬ
⑧
⑦
⑥
⑤
Ěsġä超小型化Ĉ実現ÍÕgôÕh富士電機特有ä深º
0.5
タイプ名
ÐÁàĪĬŀĞčģ増加Ý低ēŜ抵抗j高Ğsġ耐量Ĉ維
6.1
ロット番号
4.4
F5060
拡散工程Ĉ応用ÍÕċĬŀIJŕčŜ構造ä適用áþĀhą
持ÍܺāgÉĂÿä技術áþĀh基本性能åÓäôôáh
実装面積å従来ä SOP-8 ĺĬĚsġ IPS á比ï 70% ĩď
①
ŜÍܺāg
②
③
④
0.15
大電流 IPS
（ 4）
5
端子番号 端子名
1.6
近年ä大電流Ĉ扱¼ċŀœĚsĠŐŜ}ŋsĨúœŕs
端子番号 端子名
①
IN1
③
IN2
能à小型ĺĬĚsġ|
h
{各種保護機能|Ĉ兼ã備¾Õİ
②
ST1
④
ST2
ĹčĢä要求á応¾h大電流Ý使用可能à‡F5062HˆĈ
⑦
GND1
⑤
GND2
開発Í量産化ÍܺāgF5062H åhıŕŜĪ構造Ĉ用º
⑧
OUT1
⑥
OUT2
制御~ĈĨsěĬıÞÍÕ{低ēŜ抵抗|
h
{高放熱処理可
Õ出力段ĺŘs MOSFET Þ自己分離技術Ĉ用ºÕ制御
部 IC ĈhĪĬŀēŜĪĬŀ組立技術áþĀ積層ËÑāÉ
ÞÝh低ēŜ抵抗化}8 mΩmax~Þ高放熱処理Â可能à
P-SOP-12
図
F5060L 回路ブロックダイヤグラム
ĺĬĚsġáþā小型化Ĉ両立ËÑÕg超小型
IPS á搭載ËĂܺā各種保護機能á加¾hĹĬįœs直
IN
（ゲート）
接駆動Ĉ想定ÍÕĹĬįœs逆接時ä出力 MOSFET ä温
度上昇抑制機能úh大電流ÝäčŜĩĘĨŜĢ負荷制御Ĉ
過熱検出
回路
5V
想定ÍÕ高đĶŔės耐量Ĉ持ÙܺāÉÞÂ特徴ݸāg
ロジック
CPU
CPU
OUT
（ドレイン）
ゲート
回路
過電流
検出回路
「F5060L」の製品紹介
ST
断線検出ライン
10 kΩ（推奨）
富 士 電 機 Ý åh É Ă ÿ č Ŝ į œ ġ Đ Ŝ ı ĺ Ř s
GND（ソース）
MOSFET ä系列品áþĀhECU ä小型化á貢献ÍÜÃÕg
Ëÿàā小型化á貢献ÏāÕ÷h後述ÏāďĐsĸŀŖĤ
Ģ技術Ĉ確立Íh従来外付Ç部品Ý構成ÍܺÕ負荷断線
検出回路Þh状態出力機能ĢįsĨĢ回路ĈhŖsĞčIJ
高機能 MOSFET ÞÍÜ初÷Ü内蔵ÍՇF5060LˆĈ開
発ÍÕäÝ次á紹介Ïāg
.
製品の概要
F5060L ä ĺ Ĭ Ě s ġ 外 形 Þ 内 部 構 造 Ĉ 図 3 á 示 Ïg
SOP-8 ĺĬĚsġĈ採用Íh2 ĪŌĶŔ分äĪĬŀĈŘŜ
（ 31 ）
富士時報 6OL.O
インテリジェントパワー MOSFET
ĺĬĚsġá封止ÏāÉÞÝhĠĢįʼnä小型化Àþé低
Ěsġá搭載Íܺā点Â特徴ݸāg以下hF5060L ä
ĜĢı化á貢献Íܺāg
主要特性Àþé特徴áÚºÜ詳細á述ïāg
特 集
F5060L ä回路ĿŖĬĘĩčōęŒʼnĈ図 4 á示Ïg過
電流h過熱検出機能Ĉ搭載ÍÕ従来ä高機能 MOSFET
.
主要特性
}
‡F5033ˆÀþé‡F5041ˆ
~áh外付Ç部品Ý構成Íܺ
F5060L ä最大定格Ĉ 表１ áh電気的特性Ĉ 表 2 áh保
Õ負荷断線検出機能Þh状態出力機能ÀþéĢįsĨĢ端
護動作ä論理表Ĉ表 3 áh保護動作ĨčňŜęĪŌsıĈ
子Ĉ追加Íܺāg従来á比ïÜ新Õà機能Ĉ付加Íܺ
図 5 á示ÏgËÿá主à特徴Ĉ以下á示Ïg従来ä高機能
āÂh従来Þ同様á 2 ĪŌĶŔ分äĪĬŀĈ SOP-8 ĺĬ
Þ
ݸāg
MOSFET á新規追加ÍÕ機能å
（c）
（d）
過電流検出j電流制限j過熱検出áþā負荷短絡保
（a）
表
護機能Ĉ内蔵Íܺāg図 6 å負荷短絡時á過電流検
F5060L最大定格（T j ＝25 ℃）
出Áÿ電流制限h過熱検出保護動作á至ā過程ä動作
記 号
定 格
単 位
備 考
ドレイン−
ソース間電圧
V DS
40
V
DC
（b）
čŜĩĘĨŜĢ負荷ĨsŜēľ時ä逆起電圧Ĉ
入力電圧
V IN
−0.3∼＋7.0
V
DC
ĘŒŜŀÍh負荷á蓄積ËĂÕđĶŔėsĈĺŘs
ステータス電圧
V ST
−0.3∼＋7.0
V
DC
MOSFET Ý吸収ÏāĩčijňĬĘĘŒŜŀ回路Ĉ内
ステータス電流
I ST
5
mA
DC
蔵Íܺāg
出力電流
IO
1.1
A
1チャネルあたり*
PD
1.5
W
*
項 目
許容電力損失
波形ݸāg
表
接合部温度
Tj
150
℃
─
保存温度
T stg
−55∼＋150
℃
─
mJ
T j =150 ℃，
L =200 mH，
単パルス，
dv/dt ≦10 V/ s
ダイナミック
クランプ耐量
E cl
50
負荷断線検出回路Ĉ内蔵Íܺāg
（c）
F5060L論理表の保護動作
正常動作
*：ガラスエポキシ 6 層基板実装時，2 チャネル同時 ON
IN
L
ST
OUT
V DS
表
F5060L電気的特性目標値（T j ＝25 ℃）
H
過熱検出
L
過電流検出
H
L
断線
検出
H
H
L
H
L
L
L
H
H
オフ
オン
オフ
オフ
オフ
＊
オフ
H
L
H
H
H
＊
L
*：制御モードに移行
（特性値は変更する可能性あり）
図
規格値
項 目
記 号
条 件
保護動作タイムチャート
単 位
min
typ
max
負荷 過熱
正常動作 短絡 検出
ドレイン−
ソース間耐圧
V DSS
I OUT ＝1 mA
V IN ＝0 V
40
─
60
V
入力スレッ
ショルド電圧
V IN(th)
I OUT ＝10 mA
V OUT ＝13 V
1.5
─
2.8
V
保護機能動作
入力電圧範囲
V IN(p)
─
2.8
─
7.0
V
I OL
VOUT ＝30 V
V IN＝0 V
─
─
50
A
I IN(n)
V IN＝5 V *1
─
─
250
A
I IN(un)
V IN＝5 V *2
T j ＞150 ℃
─
─
350
A
R ON
I OUT ＝0.5 A
V IN＝5 V
─
─
350
mΩ
V OUTopen
V IN＝0 V
─
─
5.0
V
V ST(L)
VOUT ＝13 V
V IN＝0 V
I ST ＝1 mA
─
─
0.4
V
V IN ＝5 V/div
I STleak
V IN＝5 V
VST ＝5 V
─
─
10
A
V ST＝5 V/div
─
─
50
s
─
─
70
s
V IN
断線
検出
V DS
出力リーク電流
V ST
電流制限モード
入力電流
オン抵抗
断線検出電圧
（OUT端子）
ステータス電圧
（L）レベル
ステータス
リーク電流
図
ターンオン時間
t on
ターンオフ時間
t off
VOUT ＝13 V
I OUT ＝0 .5 A
V IN ＝5 V
過熱検知保護
温度
T trip
V IN＝5 V
150
─
─
℃
V IN＝5 V
1.7
─
─
A
過電流検知
I oc
*1：保護機能動作が動作しない通常動作時
*2：保護機能動作時（負荷短絡∼過電流検知∼過熱検知動作モード下）
（ 32 ）
I DS
F5060L の過電流検出・電流制限・過熱検出波形
I OUT ＝2 A/div
過電流検出 電流制限 過熱検出
富士時報 6OL.O
インテリジェントパワー MOSFET
ĢįsĨĢ端子内蔵áþĀh負荷ú素子ä状態Ĉ
（d）
CPU î出力Ïāg
Âÿ行ÙÕgÓä他h構造ĺŒŊsĨä ,g ú p ĪŌĶŔ
濃度ä最適化Ĉ行ºh従来á比ïÜIJŕčŜ−ĦsĢ間耐
圧Ĉ確保ÍÕôôh25 % ä 2onj!}単位面積¸ÕĀäē
Ŝ抵抗~Ĉ低減Íh低ēŜ抵抗化Ĉ実現ÍÕg
¸āg
出力段ĺŘs MOSFET 低損失化Þ低ēŜ抵抗化Ĉ
（ f）
.
実現ÍÕg
自己分離型ŀŖĤĢä採用áþāĪĬŀä小型化Ĉ
（g）
実現ÍÕg
負荷断線検出機能
F5060L Ýåh従来外付Ç部品Ý構成ÍܺÕ負荷断線
検出回路Ĉ IC 回路á内蔵ÍÕg高機能 MOSFET å IC
SOP-8 ĺĬĚsġ採用áþĀ小型化ÍÕg
（h）
回路電源ÞÍÜ入力電圧 6IN Ĉ用ºÜÀĀhēŜ時ä過電
流j過熱検出Ĉ実現ÍܺāgÍÁÍ今回åhIC 回路á
.
低オン抵抗化
電源Â供給ËĂàºēľ時}6IN＝0 V~ä負荷断線検出Ĉ
F5060L åhSOP-8 ĺ Ĭ Ě s ġ Ĉ 2 Ī Ō Ķ Ŕ 搭 載 Í Õ
実現ÏāÕ÷h負荷断線検出回路áåIJŕčŜ電圧Ĉ分圧
従来ä F5033 Àþé F5041 á対ÍÜh低ēŜ抵抗化Ĉ実
ÍÕ信号Ĉ電源ÞÍÜ併用ÍÕgÉĂáþĀ駆動Ïā負荷
現ËÑÕg従来品Ýå 600 mΩmax á対ÍhF5060L Ýå
Â断線状態áàÙÕÞÃä異常Ĉ検出可能ÞÍÕg
350 mΩmax ݸāg富士電機ÝåhēŜ抵抗Ĉ改善Ï
āÕ÷áh100 V 以上ä高耐圧ĺŘs MOSFET áÀºÜh
.
状態出力機能
F5060L åh高機能 MOSFET ä従来品Â 1 ĪŌĶŔ¸
擬平面接合}QPJkQuasi Plane Junction~Þº¼ďĐs
（ 2）
ĸŀŖĤĢ技術Ĉ確立Íܺāg今回hÉä QPJ 技術Ĉ
ÕĀ 3 端子構成ݸāäá対Íh状態出力機能端子ݸā
耐 圧 60 V ä VDMOS}Vertical Diffused MOS~ á ø 適
ĢįsĨĢ端子Ĉ新設Í 4 端子構成ÞÍÕgÉĂáþĀh
用Í改良Ĉ加¾āÉÞÝhF5060L ä低ēŜ抵抗化Ĉ実
過電流j過熱àßä半導体素子ä状態úh断線有無àßä
現ËÑÕg 図 7 á従来製品Þ F5060L äh出力段ĺŘs
負荷状態Ĉ CPU î出力可能ÞàÙÕg状態出力回路方式
MOSFET ÞÍÜ使用Íܺā縦型İĹčĢ VDMOS 断面
áåh図 4 á示ÍÕ IPS ĠœsģÝ実績ä¸ā方式Ĉ採用
構造ä比較Ĉ示ÏgVDMOS äēŜ抵抗Ĉ限界ôÝ下È
ÍÜÀĀh外付ÇŀŔċĬŀ抵抗}10 kΩ推奨~Ĉ用ºāg
āÕ÷áhđĽĨĖĠŌŔ層ä比抵抗Ĉ理論限界ôÝ下È
F5060L äēŜ時å入力電圧Ĉ電源ÞÍhēľ時å出力電圧
ā必要¸āÂhIJŕčŜ−ĦsĢ間耐圧ä確保Â問題Þ
Ĉ分圧ÍÕ電源Ĉ使用ÏāÉÞÝhēŜ時jēľ時áÁÁ
àāgQPJ 技術åh従来þĀø p ĪŌĶŔĈ低濃度Ý浅
ąÿÐĢįsĨĢ端子áþā負荷ú素子状態ä CPU îä
Å密áÏāÉÞÝ平面á近º接合面ÞàĀh表面Ýä電界
出力Ĉ可能ÞÍÕg図 8 á負荷断線検出ä動作波形Ĉ示Ïg
強度Ĉ緩和Í耐圧Ĉ確保ÏāÉÞÂÝÃāgđĽĨĖĠŌ
Ŕ層ä比抵抗ä最適化åh自己分離技術Ĉ用ºÜ同一ĪĬ
.
SOP-8 パッケージ採用による小型化
F5060L åh低ēŜ抵抗化Þ機能追加Þº¼性能向上Ĉh
ŀ上á集積ËĂܺā横型İĹčĢ特性Þä整合Ĉ取Āà
従来品Þ同様á SOP-8 ĺĬĚsġĈ 2 ĪŌĶŔ搭載Ïā
図
ÉÞÝhECU 小型化á貢献ÏāÉÞĈ目指ÍÕg低ēŜ
縦型デバイス VDMOS 断面構造の比較
抵抗化äÕ÷ä QPJ 技術úİĹčĢ構造ä最適化á加¾h
1.5 –m 自己分離型ŀŖĤĢ}従来 3 –m~Ĉ採用ÏāÉÞ
①従来のＶＤＭＯＳ
ゲート
ソース
n+
ソース
n+
n+
p+
Ýh従来ŀŖĤĢÝ作製ÍÕ場合Þ比較ÍÜ約 25 v 30 %
n+
p+
äĪĬŀĞčģĠŎœŜĘĈ実現ÍhSOP-8 ĺĬĚsġ
ä 2 ĪŌĶŔ搭載Ĉ可能ÞÍÕg
p チャネル
p チャネル
n−エピタキシャル層
n+基板
図
F5060L 負荷断線検出状態波形（オフ時）
ドレイン
V IN ＝5 V/div
②Ｆ５０６０ＬのＶＤＭＯＳ
Lg
ソース
n+
p+
n+
ゲート
ソース
n+
p+
ゲート
n+
p チャネル
p チャネル
n−エピタキシャル層
n+基板
ソース
n+
p+
n+
負荷断線検出
V ST＝2 V/div
V OUT ＝5 V/div
擬平面接合
ドレイン
（ 33 ）
特 集
入力 5 V 駆動対応áþāhCPU 直接駆動Â可能Ý
（e）
富士時報 6OL.O
インテリジェントパワー MOSFET
ÿĂܺāÉÞÁÿh175 ℃保証á対Ïā取組õø積極的
あとがき
á実施ÍܺÅg今後ø自動車ŊsĔsú電装ŊsĔsÞ
特 集
ä連携Ĉ深÷àÂÿh自動車電装業界á貢献ÍܺÅ所存
本稿Ýåh低ēŜ抵抗化h断線検出機能Àþé状態出
ݸāg
力機能追加Þº¼性能j機能ċĬŀĈ従来製品Þ同等ä
外形Ý実現ËÑÕÉÞÝhECU 小型化á貢献ÝÃā高機
能 MOSFET‡F5060LˆĈ中心á紹介ÍÕg富士電機Ýåh
今回適用ÍÕŀŖĤĢjİĹčĢ技術Ĉ他ä製品á応用Íh
参考文献
田野倉保雄ñÁiıőĨjčŜĞčIJi日経đŕĘıŖĴ
（ 1）
ĘĢi2004 年 3 月 1 日号ip.95-125.
ËÿàāēŜ抵抗ä低減úĠĢįʼnä小型化á貢献ÍÕº
徳西弘之ñÁiĺŘs MOSFET‡SuperFAP-G Ġœsģˆ
（ 2）
Þ考¾ÜºāgôÕhECU ä小型化á伴¼ ECU ä内部温
ÞÓä適用効果i富士時報ivol.75, no.10, 2002, p.593-597.
度ú環境温度ä上昇áþĀhİĹčĢáø高耐熱性Â求÷
（ 34 ）
富士時報 6OL.O
低待機電力擬似共振電源 IC「FA5571 シリーズ」
特 集
丸山 宏志}ôāúôeèăÍ~
手塚 伸一}ÜÛÁeÍĉº×~
渕先 寛教}ë×ËÃeèăäĀ~
ĢčĬĪ機能ø持Ùܺāg電源装置ä起動時ä動作Ĉ図
まえがき
3 ä評価用電源回路Ĉ例á説明Ïāg電源装置ĈēŜÏā
近年h地球規模ä温暖化Â世界的à問題ÞÍÜĘŖs
Þ IC äĢčĬĪŜęĈ開始ËÑāÕ÷á AC 入力Áÿĩ
ģċĬŀËĂh電気製品全般Ýä省đĶŔės化Â重要Þ
čēsIJ D3h抵抗 R11hIC ä VH 端子Ĉ経由ÍÜ VCC
àÙܺāg特á常時ĜŜĤŜıá接続ÍÕôô使用Ïā
端子á 500 V 起動素子Ĉ通ÍÜ電流Ĉ供給ÏāgĢčĬ
ÉÞä多ºįŕļhēsİČē製品hķsıĺĦĜŜúŀ
ĪŜę開始後hıŒŜĢä補助巻線 6 ÁÿĩčēsIJ D4h
œŜĨàßä周辺機器Ýå実使用時間以外ä待機状態ä時
抵抗 R13 Ĉ通ÍÜ VCC 端子á電流Â供給ËĂāÕ÷h起
間Â長ÅhÉä待機時消費電力ä削減hÀþé動作時áÀ
動素子ĈēľÍÜ高圧ŒčŜÁÿä起動電流Ĉ止÷āÉÞ
ºÜø高効率化îä要求Â高ôÙܺāg国際đĶŔės
Ýh簡単á起動電流Ýä損失Ĉ削減ÝÃāg起動素子Âà
ƒ注„
ĢĨsŀŖęŒʼn Ĉ中心ÞÍÕ省đĶŔės基準øþĀ
厳ͺøäáĹsġŐŜċĬŀËĂܺāgÓäÕ÷h電
図
製品の外観（SOP-8）
図
FA5571 の回路ブロック図
源áÞÙÜ新基準îä対応Â必須ä課題ÞàÙܺāg
富 士 電 機 Ý åh 今 ô Ý á 商 用 交 流 電 源}AC100 Vh
AC240 V~Ĉ直流電源á変換Ïā AC-DC ĜŜĹsĨ用Ģ
čĬĪŜę電源ä制御 IC ä系列化Ĉ行ÙÜÃÕgÓä中
Ýø低待機電力化á有効à起動素子内蔵Ĩčŀä製品系列
化Ĉ推進Íܺāg年々厳ÍÅàā電源îä要求á対Íh
高効率化j低ķčģ化á優Ăܺā擬似共振方式ä 8 ĽŜ
電源制御 IC ä新系列品ÞÍ܇FA5571 ĠœsģˆĈ開
発ÍÕäÝhÓä概要Ĉ紹介Ïāg
製品の概要
.
ZCD
特 徴
ボトム
電圧検出
FA5571 Ġœsģåh擬似共振方式äĢčĬĪŜę電源
用á開発ÍÕ制御 IC Ýh
‡FA5531/41 Ġœsģˆä後継
パルス
発生回路
VH
起動電流
制御
タイム
アウト
VCC
最大
周波数
制限
IS
UVLO
機種ݸāg 図 1 á製品ä外観}SOP-8~Ĉ示ÏgĺĬ
＋
内部
バイアス回路
−
Ěsġå SOP-8 Þ DIP-8 Ĉ用意ÍÕg 図 2 á FA5571 ä
回路ĿŖĬĘ図Ĉ示Ïg
出力停止
ドライバ
＋
カレント
コンパレータ
流源 500 V 耐圧起動素子ݸāg商用ä高電圧 240 V Ĉ
直接入力ÏāÉÞÂ可能ÝhËÿá電流ĈēŜēľËÑā
S
−
図 2 ä右上á¸ā VH 端子Þ VCC 端子ä間á¸ā定電
Q
OUT
R
ZCD
＋
−
1/2
FB
ƒ注„国際đĶŔėsĢĨsŀŖęŒʼnkOA 機器ä省đĶŔėsä
−
＋
OVP
タイマ
A
−
−
ソフト
スタート
過負荷
＋
−
OLP
タイマ
タイマ
B
IS
＋
ラッチ
OCP2
−
GND
Õ÷ä国際的à環境ŒłœŜę制度g経済産業省Þ米国環境保
護庁ä相互承認ä下Ý経営Íܺāg
丸山 宏志
手塚 伸一
渕先 寛教
ĢčĬĪŜę電源 IC ä開発á従
ĢčĬĪŜę電源 IC ä開発á従
ĢčĬĪŜę電源 IC ä拡販á従
事g現在h富士電機İĹčĢįĘ
事g現在h富士電機İĹčĢįĘ
事g現在h富士電機İĹčĢįĘ
ķŖġs株式会社半導体開発営業
ķŖġs株式会社半導体開発営業
ķŖġs株式会社半導体開発営業
本部開発統括部İČĢĘœsıj
本部開発統括部İČĢĘœsıj
本部営業統括部西日本支社g
IC 開発部g
IC 開発部g
（ 35 ）
富士時報 6OL.O
図
低待機電力擬似共振電源 IC「FA5571 シリーズ」
評価用電源回路
特 集
F1
C4
AC85∼
264 V
R3 C7
T1 10,11,12
1
∼ ＋
1
NF1
R1
3
P3
DS1
C2
1
＋
DS2
C6
R2
D1
P2
5
C1
＋
C16 C17
∼ −
3
FB1
C3
CN1
P1
HS1
4
7,8,9
4
C23
P4
TR1
D3
C8
R6
19 V/5 A
2
＋
CN2
R20
HS2
R22
R10
R11
FB4
8
VH
R14
R5
R7
D2
IC1
R4
ZCD
FB
IS
GND
1
2
3
4
PC1A
R21
D4
6
R23 C22
＋
7
6
5
(NC) VCC OUT
FA5571/72
R13
C13
C14
5
IC2
R24
C9
C12
C10 PC1B
表
C11
FA5571シリーズと従来機種の比較
FA5571シリーズ（新開発品）
従来機種
項 目
FA5571
軽負荷動作
FA5573
FA5542
FA5531
FA5532
周波数低減
0.4 V
─
0.34 V
─
─
自動復帰
ZCD端子のOVP検出
FA5541
間欠動作
周波数低下開始FB電圧
VCC端子短絡時の
VH端子電流低減
FA5574
周波数低減
間欠動作開始FB電圧
過負荷動作
FA5572
間欠動作
1.15 V
タイマラッチ
自動復帰
─
タイマラッチ
自動復帰
1.3 V
タイマラッチ
自動復帰
タイマラッチ
VCC端子電圧が低い場合，VH端子電流を制限
VH端子電流＝1.6 mA（VCC端子電圧が0 Vのとき）
VCC端子短絡時7.6 mA
(電流制限抵抗必要）
VCC端子短絡時8 mA
(電流制限抵抗必要）
外部ラッチ機能 プルアップ後57 sでラッチ
＋ターンオフから2.3 s後でラッチ検出
外部ラッチ機能
プルアップ後48 sでラッチ
外部ラッチ機能
プルアップ後48 s でラッチ
IS端子短絡保護機能の追加
VCC端子のUVLOレベル
内部ソフトスタート
2.0 V
なし
なし
上側18 V/下側8 V
上側10.2 V/下側9.0 V
上側9.85 V/下側9.1 V
2.6 ms (起動時のみ)
1 ms （起動時のみ）
1 ms (起動時のみ)
なし
28 V
28 V
VCC端子のOVP検出
º場合åh高圧ŒčŜÁÿ IC ä VCC 端子î常時起動電
様á待機時ä動作Þ過負荷保護ä動作ä組合ÑÝh4 機種
流Ĉ流Í続ÇāÕ÷ 0.2 W 程度ä損失Â常á発生Íh待機
ä系列品ĈŒčŜċĬŀÍÕg軽負荷時á間欠動作á移行
電力 1W 以下ä実現Â難ÍÅàāg
Ïā方式ä FA5571/72 Þh間欠ÑÐáĢčĬĪŜę周波
ÓäÕ÷低待機電力Þ擬似共振ä低ķčģ性ÂŊœĬı
数Ĉ低減Ïā方式ä FA5573/74 ¸āgôÕh過負荷保
ÞàāčŜĘġĐĬı用ŀœŜĨh液晶įŕļhAV 製品
護ä動作 FA5571/73 å自動復帰hFA5572/74 åĨčŇ
àßä待機電源á適Íܺāg
ŒĬĪ動作ÞàÙÜÀĀh電源用途á応ÎÜ機種Ĉ選択Ý
IC ä主要特性åh以下äÞÀĀݸāg
最大定格kVCC 端子 30 V
（a）
（b）
出力ĽsĘ電流kĠŜĘ側＋0.5 AhĦsĢ側−0.25 A
最大ĢčĬĪŜę周波数k120 kHz
（c）
Ãāg
VCC 端子短絡時ä VH 端子電流ä低減
（ 2）
図 4 áh電源起動時á VH 端子Áÿ VCC 端子ä電解Ĝ
ŜİŜĞî供給ËĂā充電電流}VH 端子ĠŜĘ電流~Þ
VCC 端子電圧ä関係Ĉ示Ïg従来機種åhċĿķsŇŔ
.
従来機種との機能比較
表１áhFA5571 ĠœsģÞ従来機種ä仕様Ĉ比較ÝÃ
āþ¼á示Ïg
系列品
（ 1）
FA5571 Ġœsģåh従来ä FA5531/41 ĠœsģÞ同
（ 36 ）
試験Ý VCC 端子ä GND 端子短絡試験ĈÏāÞh7.6 mA
ä電流Â高圧}AC ŒčŜ電圧~ä VH 端子Áÿ VCC 端
子á流Ă続ÇāgÓä状態Ĉ長時間継続ÏāÞ IC ä発熱
Â過大Þàā問題¸ÙÕg
FA5571 Ýå VCC 端子電圧Â 6.5 V 以下áàāÞhÉä
富士時報 6OL.O
図
VCC-GND 短絡時の VH 電流制限
低待機電力擬似共振電源 IC「FA5571 シリーズ」
図
ZCD 端子での過電圧検出タイミング
特 集
ZCD 端子電圧
VH 端子シンク電流
7.6 mA
遅延
2.3 s
1.6 mA
ターンオフ
6.5 V
時間
VCC 端子電圧
図
動作波形（パワー MOSFET のドレイン電圧波形）
電流 VCC 端子電圧á比例ÍÜ低下Ïāþ¼á設定ËĂ
ÜÀĀhVCC 端子電圧＝0 V 時á 1.6 mA ôÝ制限ËĂāg
Óä結果hIC ä発熱Ĉ抑¾āÉÞÂÝÃāg
例：70 kHz
V DS
ターン
オン
ZCD 端子Ýä過電圧検出
（ 3）
ターン
オフ
従来機種Ýåh二次側出力ä過電圧}OVP~Ĉ間接的
á VCC 端 子 Ý 検 出 Ĉ 行 Ù Ü º ÕgFA5571 Ý åh É ä
時間
機能Ĉ精度j応答時間向上äÕ÷ ZCD 端子Ý行Ùܺ
（a）定格負荷時（FA5571-74 共通）
āg図 5 á示Ïþ¼áhĺŘs MOSFET}Metal-OxideSemiconductor Field-Effect Transistor~äĨsŜēľÁ
例：30 kHz
V DS
ÿ 2.3 –s 後äĨčňŜęÝ ZCD 端子電圧Â過電圧ŕłŔ
Ĉ超¾ÜºāÞŒĬĪ停止Ïāg従来機種Þ同様áh外部
ŀŔċĬŀÝäĨčŇŒĬĪ機能ø内蔵Íܺāg
時間
IS 端子äŒĬĪ機能
（ 4）
（b）周波数低減動作（FA5573-74）
FA5571 ÝåhıŒŜĢ巻線ä短絡j飽和áþā異常電
間欠周波数 例：100 Hz
流Â流ĂÕ場合áŒĬĪ停止ËÑāÕ÷hIS 端子ÂœňĬ
ı電圧ݸā 1 V ä 2 倍ä 2 V 以上ÞàÙÕ場合áŒĬĪ
停止ËÑā短絡保護機能Ĉ追加ÍÕg
オン
オフ
オン
V DS
電源回路への応用
時間
（c）間欠動作（FA5571-72）
.
評価用電源
Éä IC Ĉ使用ÍÕĢčĬĪŜę電源ä特性Ĉh図 3 á
基ÛÃ説明ÏāgÉä電源ä主à仕様Ĉ以下á示Ïg
小点ÝĺŘs MOSFET ĈĨsŜēŜÏāþ¼á制御Ĉ行
入力電圧kAC85 v 264 V
g
¼方式Â擬似共振動作ݸāgÉĂáþĀIJŕčŜ電流ĥ
電源出力kDC19 Vh95 W}max~
g
ŖhÁÚ低ºIJŕčŜ電圧äĨčňŜęÝĨsŜēŜÏā
過負荷保護h過電流制限h過電圧ŒĬĪ保護
g
Õ÷hĢčĬĪŜę損失Ĉ低減Í高効率j低ķčģ化ÂÝ
最大ĢčĬĪŜę周波数k120 kHz
g
€
g
Ãā図 6（a）
従来åh電源Â軽負荷ä場合áå二次側á供給ÏāđĶ
.
擬似共振動作
ŔėsÂ小˺Õ÷hĺŘs MOSFET äēŜ幅Àþéı
図 6 á擬似共振電源äĺŘs MOSFET TR1 äIJŕč
ŒŜĢäđĶŔės放出期間Â短ÅàĀĢčĬĪŜę周波
Ŝ電圧 6DS 波形Ĉ示ÏgĺŘs MOSFET ÂĨsŜēŜÏ
数Â高ÅàāgÓä結果hĢčĬĪŜę損失Â増加Í効率
āÞıŒŜĢ T1 ä一次側á電流Ĉ流ÏÉÞÝıŒŜĢá
Â悪化Ïāg
đĶŔėsÂ蓄積ËĂāgĺŘs MOSFET ÂĨsŜēľ
Éä課題Ĉ改善ÏāÕ÷á FA5573 Ýå軽負荷時áĢ
ÏāÞ蓄積ÍÕđĶŔėsĈıŒŜĢä二次側á電流Ĉ流
čĬĪŜę周波数ä上限値Ĉ負荷á応ÎÜ低減ËÑāÉÞ
ÍÜ放出ÏāgÉäÞÃhIJŕčŜ電圧áå整流電圧}C6
ä波形
ÝĢčĬĪŜę周波数Ĉ下Èā動作Ĉ行¼g図 6（b）
電圧~ÞıŒŜĢ T1 äľŒčĹĬĘ電圧Â印加ËĂāg
áÓĂĈ示ÏgĺŘs MOSFET äIJŕčŜ電圧ä共振波
ÓÍÜđĶŔėsĈ放出Í終ąÙÕ後hıŒŜĢäčŜĩ
形Â極小点ÞàÙÜøhIC 内蔵äĨčŇÝ 3 番目ä極小
ĘĨŜĢÞĺŘs MOSFET á並列接続ËĂÕĜŜİŜĞ
点Â来āôÝĺŘs MOSFET äĨsŜēŜ動作Ĉ遅ÿÑ
C8 Þä間Ý直列共振振動Ĉ発生ÏāgÉä共振電圧ä極
ܺāg
（ 37 ）
富士時報 6OL.O
図
低待機電力擬似共振電源 IC「FA5571 シリーズ」
効率の出力電流依存性
図
待機時の AC 入力電圧依存性
0.2
効率（%）
90
FA5571
入力電力（W）
特 集
100
80
FA5573
70
FA5573
0.1
FA5571
60
50
0.01
0.1
1
0
50
10
100
出力電流（A）
150
200
250
300
AC 入力電圧（V）
（a）効率（AC 入力電圧 115 V）
（a）入力電力（出力無負荷時）
100
1.0
FA5573
FA5571
入力電力（W）
効率（%）
90
80
FA5573
70
0.9
FA5571
0.8
60
50
0.01
0.1
1
10
0.7
100
150
200
250
出力電流（A）
AC 入力電圧（V）
（b）効率（AC 入力電圧 230 V）
（b）入力電力（出力 0.7 W 時）
ôÕhFA5571 ä場合å図 6（c）
á示Ïþ¼áh軽負荷時
á負荷¸āŕłŔ以下á下ÂāÞĢčĬĪŜęĈºÙÕ
ĉ停止ËÑh二次側電源出力電圧Â低下ÏāÞôÕĢčĬ
ĪŜęĈ開始Ïā動作Ĉ繰Ā返Íh間欠動作Ĉ行¼g
300
FA5571 å出力電流Â 2.4 A äņčŜıÝ間欠動作ŋsIJ
á移行ÏāÕ÷改善効果Â出ÜÅāg
出力電流Â 0.1 A ôÝ低下ÏāÞhAC 入力電圧 230 V
時 á FA5571 å 効 率 81.5 %hFA5573 Ý å 76.7 % Þ à Ā
周波数低減方式åh周波数Â数 kHz ôÝ低下ÏāÞIJ
5 % 程度ä差Â現Ăāg間欠動作方式ä場合h間欠周期Ĉ
ŕčŜ電圧ä共振振動Â減衰ÍhĨsŜēŜ時äIJŕčŜ
長ÅÏāÉÞÝ単位時間¸ÕĀäĢčĬĪŜę回数Ĉ極端
電圧Â高ÅàĀ 1 回¸ÕĀäĢčĬĪŜę損失Â増加Ïāg
á下ÈāÉÞÂÝÃāÕ÷h出力電流Â小˺場合áþĀ
間欠動作方式åh間欠動作時ø低ºIJŕčŜ電圧ÝĨsŜ
効果的ÞàāgÕÖÍh間欠方式å前述äþ¼á音鳴Āá
ēŜËÑā擬似共振動作Ĉ継続ËÑāÕ÷ĢčĬĪŜę損
ÚºÜä注意Â必要ݸāg
失å少àºgÍÁÍh間欠動作方式å間欠動作ä周波数Â
図 8 á待機時ä入力電力Þ AC 入力電圧ä関係Ĉ示Ïg
可聴域áàāÞhıŒŜĢÂ音鳴ĀÍúϺ޺¼課題Â
出力無負荷時å全 AC 入力電圧範囲Ý入力電力 160 mW
¸āg
以下h出力負荷条件 0.7 W ä場合Ýø周波数低減h間欠動
作ä両方式Þøá全 AC 入力電圧範囲Ý入力電力 1 W 以
.
効率・待機電力特性
図 7 á電源出力電流Ĉ 0.01 A Áÿ定格 5 A ôÝ変化Ë
下á抑¾ÿĂÜÀĀh負荷Â軽º待機時á周波数低減方式
Ýø最終的á間欠動作ĨčŀÞ同ÎĢčĬĪŜę回数ôÝ
äęŒľÂ AC 入力電圧
ÑÕÞÃä効率Ĉ示Ïg 図 7（a）
下Âāþ¼á調整ÏāÉÞÝ低待機電力ä電源Ĉ構成Ïā
äęŒľÂ AC 入力電圧 230 V 時ä特性Þ
115 Vh 図 7（b）
ÉÞÂÝÃāg
àÙÜÀĀhFA5571 Þ FA5573 Ĉ比較Íܺāg
出力電流 5 A ä定格負荷ä場合åhFA5571 Þ FA5573
あとがき
å同Î動作状態äÕ÷ 87 % 以上ä高効率Ý差å見ÿĂà
ºg
Í Á Íh 出 力 電 流 Â 小 Ë º 軽 負 荷 ä 場 合 á å 前 述 ä
低待機電力擬似共振電源 IC‡FA5571 ĠœsģˆáÚ
ºÜ紹介ÍÕgÉĂÿä IC å低ķčģj低待機電力Ĉ重
þ¼á間欠動作Ĉ行¼ FA5571 ä方Â周波数低減動作ä
視ÍÕĢčĬĪŜę電源á適ÍÜÀĀh今後ø低待機電力
FA5573 þĀø高º効率Ĉ維持ÝÃāÉÞÂ分Áāg 図
化îä要求å高ôÙÜÅāÞ考¾ÿĂāÕ÷h市場要求á
7（b）
ä AC 入 力 電 圧 230 V ä 効 率 特 性 Ý åhFA5573 å
対応ÍÕ電源 IC ä製品開発h系列化Ĉ進÷ܺÅ所存Ý
出力電流Â小˺Þ直線的á効率Â低下Ïāäá比ïh
¸āg
（ 38 ）
富士時報 6OL.O
臨界型 PFC 電流共振統合電源 IC「FA5560M」
特 集
園部 孝二}ÓäïeɼÎ~
陳 建}×ĉeÇĉ~
手塚 伸一}ÜÛÁeÍĉº×~
まえがき
製品の概要
近年h地球環境ä悪化á伴ºh電気製品全般Ýä省đĶ
Éä製品ä主à用途åh低ķčģj高効率ÝœŋĜŜÁ
ŔėsÂ重要ÞàÙÜÃܺāgôÕh電力変換ä際á発
ÿä信号ÝĢĨŜĹč動作á切Ā替ąā液晶įŕļ用電源
生Ïā高調波電流Â他ä機器áøÕÿÏ影響Â問題ÞàÙ
ݸāg液晶įŕļå薄型化j低価格化Â進ĉݺāÕ÷h
ÜÀĀh高調波電流規制Â行ąĂܺāg
電源áå部品削減áþā省ĢŃsĢ化j低ĜĢı化Â要求
Éäþ¼à背景ä中h高調波電流Ĉ抑¾āÕ÷áċĘ
ËĂāg
įČĿľČŔĨ方式Â使ąĂhēľŒčŜĜŜĹsĨÝå
従来å臨界型 PFC 制御 IC Þ電流共振制御 IC å別々ä
高効率j低ķčģä電流共振方式ä採用Â増¾ÚÚ¸āg
IC ݸÙÕgôÕh起動回路ÞĢĨŜĹč機能Ĉ外付Ç
ÓÉÝhċĘįČĿľČŔĨ回路用á使ąĂܺā臨界
回路Ý構成ÍܺÕÕ÷部品点数Â多Åh基板面積Â大Ã
型 PFC}Power Factor Correction~制御 IC Þh高効率j
ÅhĜĢıÂ高ÅàāÞº¼問題¸ÙÕgËÿáh臨界
低ķčģä電流共振制御 IC Ĉ統合ÍÕ臨界型 PFC 電流
型 PFC 制御 IC Þ電流共振制御 IC Â別々ä IC ݸÙÕ
共振 統合電源 IC‡FA5560MˆĈ開発ÍÕäÝÓä概要
Õ÷h起動j停止ĠsĚŜĢ用ä部品追加Â必要ݸÙÕg
Ĉ紹介Ïāg
図 1 á FA5560M ä電源構成Ĉ示Ïg臨界型 PFC 制御
ICh電流共振制御 ICh起動回路hĢĨŜĹč回路Ĉ 1 個
図
ä IC á統合Íh部品削減áþā省ĢŃsĢ化j低ĠĢį
電源構成
ʼnĜĢı化Â可能ݸāgôÕhPFC 部Þ電流共振部ä
起動j停止ĠsĚŜĢĈ内蔵ÍÜÀĀh電源設計Â簡易Ý
従来の電源構成
＋
起動回路
¸āg
図 2 á製品ä外観Ĉ示ÏgĺĬĚsġåh20 ĽŜSOP
＋
臨界型
PFC-IC
スタンバイ
回路
}Small Outline Package~ݸāg
電流
共振
IC
＋
製品の特徴
電圧検出
製品ä主à特徴Ĉ以下á示Ïg
スタンバイ
信号
臨界型 PFC 制御 IC Þ電流共振制御 IC ä統合電源 IC
g
統合電源 IC の電源構成
500 V 耐圧起動回路内蔵
g
＋
＋
図
FA5560M の外観
統合電源 IC
FA5560M
＋
電圧検出
スタンバイ
信号
園部 孝二
陳 建
手塚 伸一
ĢčĬĪŜę電源制御 IC ä開発
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
á従事g現在h富士電機İĹčĢ
įĘķŖġs株式会社半導体開発
įĘķŖġs株式会社半導体開発
įĘķŖġs株式会社半導体開発
営業本部開発統括部İČĢĘœs
営業本部開発統括部İČĢĘœs
営業本部開発統括部İČĢĘœs
ıjIC 開発部g
ıjIC 開発部g
ıjIC 開発部g
（ 39 ）
富士時報 6OL.O
臨界型 PFC 電流共振統合電源 IC「FA5560M」
電流Ĉ供給ÍàÂÿhL1 ä電流å減少ÏāgôÕÉä間h
ĢĨŜĹč機能内蔵
g
補助巻線ä電圧ø反転ÍŀŒĢä電圧Â発生Ïāg
起動j停止ĠsĚŜĢ内蔵
g
T3
（ 3）
特 集
gUVLO}Under Voltage Lock Out~ēŜÍú値電
圧 15 VhēľÍú値電圧 9 V
L1 ä電流Â完全áĥŖá戻āÞ L1 ä電圧å回路中ä寄
ĿŒďŜċďı}低入力電圧~保護機能内蔵
g
生äĜŜİŜĞÞ共振Í急速á低下Ïāg同時á L1 á設
20 ĽŜSOP
g
ÇÕ補助巻線ä電圧 6sub ø急速á低下Ïāg
ĢĨŜĹč時áå PFC 部ä動作Ĉ停止ËÑh電流共振
部å間欠動作Ĉ行ºĢĨŜĹč電力ä削減Ĉ図Ùܺāg
図
PFC 部のスイッチング動作タイムチャート
ĿŒďŜċďı時áå PFC 部äĢčĬĪŜę動作Ĉ停止
Íh素子ä発熱ú破壊Ĉ防Æg
I L1
インダクタ電流
動作説明
I PFC
ドレイン電流
図 3 á FA5560M ä電源回路Àþé IC äĿŖĬĘ図Ĉ
示Ïg
CUR.comp.
出力
以下á PFC 部Þ電流共振部ä動作Ĉ説明Ïāg
.
PFC 部の動作
PFC_OUT
端子
PFC 部å電流臨界ŋsIJÝ動作ÏāgÉä IC å発振器
Ĉ使用ÑÐh自励発振Ĉ応用ÍÕ臨界ŋsIJÝĢčĬĪŜ
I DO
ダイオード電流
ę動作Ĉ行¼g基本回路構成Ĉ 図 3 ä PFC 部á示ÏgĢ
čĬĪŜę動作äĨčʼnĪŌsıĈ図 4 á示ÏgÓä動作
V PFC
ドレイン電圧
Ĉ以下á説明Ïāg
T1
（ 1）
MOSFET QPFC ÂēŜÏāÞhčŜĩĘĨ L1 ä電流å
Vsub
ĥŖÁÿ上昇Ïāg
T2
（ 2）
Éä電流Â乗算器 MUL ä出力Ý決定ËĂā電流ĜŜ
ZCD.comp.
出力
ĺŕsĨ CUR.comp. ä基準á達ÏāÞ R-S ľœĬŀľ
Ŗ Ĭ ŀ á œ Ĥ Ĭ ı 信 号  入 ĀhQPFC å ē ľ Ï āgQPFC
t1
t2
t3t4
ÂēľÏāÞhL1 ä電圧å反転ÍhD0 Ĉ通ÍÜ出力側î
図
電源回路および IC のブロック図
PFC 部
I in
電流共振部
I L1
D0
L1
PFC 出力：385 V
I Q2
PFC 電流共振統合電源 IC
V sub
I PFC
PFC
PFC_VCC
AC90 ∼
264Ｖ
共通
電流共振
I Q1
V G2
Q PFC
V PFC
C1
PFC_OUT
PFC_ZCD
PFC_IS
STB
BO
S
ZCD.comp.
V th.zcd
PFC_MUL
基準
電圧
S
P1
S1
P2
S2
VO
D2
I D2
Q1
12 V/1 A
BO
PWM
_GND
アブ
ウラ BO
トウ
ン
STB
24 V/7 A
D1
V G1
V Q1
VW.comp.
スタン
STB
バイ
MUL
PWM
_OUT
R Q
PWM
CUR.comp. _IS
CUR.comp.
PFC_COMP
PFC_GND
内部
電源
Q R
I D1
V P1
V Q2
PWM_VCC
起動
回路
PFC_FB
Tr
Q2
VH
VREF
PWM_FB
P3
DC-DC
コンバータ
12 V→5 V
PWM_VW
PC1
電圧検出
回路
PC2
スタンバイ信号
（ 40 ）
5 V/4 A
富士時報 6OL.O
臨界型 PFC 電流共振統合電源 IC「FA5560M」
T4
（ 4）
電圧Ý検出Íh制御 IC ä信号ŕłŔá変換Ïā回路ݸ
Éä 6sub Â内部ä基準電圧 6th
āg制御 IC áåh6P1 Â負Áÿ正îĥŖĘŖĢÏāĨč
ňŜęĈ検出Íh短絡防止期間 4d Ĉ経Õä×á Q1 ĈĨs
立下ĀÝ R-S ľœĬŀľŖĬŀáĤĬı信号Â入力ËĂh
ŜēŜËÑāg
-zcd
再é QPFC ĈēŜËÑ次äĢčĬĪŜęĞčĘŔî移ā}T1
î戻ā~
g
出力電圧制御åh出力電圧調整回路ä信号Ĉ電圧指令
値ÞÍÜ制御 IC áľČsIJĹĬĘÍÜ行¼g制御 IC åh
Óä電圧指令値Þh6P1 Â正Áÿ負îĥŖĘŖĢÏāĨč
.
電流共振部の動作
ňŜęÁÿ時間á比例ÍÜ増加Ïā参照信号ÞĈ比較Íh
図 3 á示Ï電流共振部åh複合発振型電流共振ŋsIJÝ
出力電圧Â一定áàāþ¼á Q1 ĈĺŔĢ幅制御Ïāg
ôÕhQ1 ēŜ時á 6P1 Â正Áÿ負îĥŖĘŖĢÏāĨ
動作ÏāgMOSFET}Metal-Oxide-Semiconductor Field
-Effect
Transistor~Q1 å IC Ý駆動ËĂā他励発振動作h
MOSFET Q2 å絶縁ıŒŜĢ Tr ä補助巻線Ý駆動ËĂ
ā自励発振動作Þàāg
čňŜęĈ検出ÍÕ場合h強制的á Q1 ĈĨsŜēľËÑ
ā機能Ĉ持ÙÜÀĀhQ2 ēľÞ Q1 ēŜä切換信号hÀ
þé Q1 ēľÞ Q2 ēŜä切換信号Ĉ絶縁ıŒŜĢÁÿä
絶縁ıŒŜĢå一次巻線 P1 Þ二次巻線 S1hS2 ÞĈ疎
指令ÞÍÜ受ÇāgÓäÕ÷ēŜ信号ÁÿäİĬIJĨčʼn
結合ÞÍÜ比較的大Ã÷ä漏ĂčŜĩĘĨŜĢĈ持ÕÑÕ
Ĉ設ÇÜÀÇæ共振åÐĂáþā貫通電流Â発生Íàºg
設計ÞÍh漏ĂčŜĩĘĨŜĢÞĜŜİŜĞ Cr ä直列共
振回路áþĀ電流共振動作ĈÏāgQ2 ä駆動巻線 P2 Þh
.
起動シーケンス
IC ä制御電源Ĉ供給Ïā制御電源巻線 P3 å P1 Þ密結合
通常hĢĨŜĹč電力削減äÕ÷hĢĨŜĹč時áńı
ÞÍÕ設計ÞÍhÀäÀä P1 ä電圧á比例ÍÕ電圧Ĉ発
ĔŀŒ PC2 Ĉ消灯ËÑhPFC 動作Ĉ停止Ïā構成ÞÏāg
生ËÑāg駆動巻線 P2 Þ MOSFET Q2 äěsı端子Þ
ÍÁÍàÂÿh低入力電圧ä定格負荷起動ä条件Ýh電流
ä間á接続Íܺā抵抗ÞĩčēsIJåhěsı電圧Ĉ
共振部Â供給ÝÃā電力Â少àÅh二次側出力Â上昇Íà
ĨsŜēŜ時áå緩úÁáhĨsŜēľ時áå高速á変化
ºÕ÷hńıĔŀŒÂ点灯ÑÐhIC ÂĢĨŜĹč状態Þ
ËÑāÉÞáþĀhQ1 Þ Q2 Â同時áēŜÍÜ短絡電流
誤判定ÍÜÍô¼問題¸āg従来åh対策ÞÍÜ追加回
Â流ĂāäĈ防Æþ¼設定Ïāg
路Â必要ݸÙÕg
本製品Ýåh起動時á二次側出力電圧Â上昇ÏāôÝ
ĢčĬĪŜę動作ĨčʼnĪŌsıĈ図 5 á示Ïg
制御電源巻線 P3 á並列á接続ÍÕ抵抗ÞĩčēsIJä
PFC 部Â動作ÏāĠsĚŜĢĈ内蔵Íh追加回路àÍÝ
回路åh絶縁ıŒŜĢ一次巻線電圧 6P1 Ĉ間接的á P3 ä
定格負荷起動á対応Íܺāg
図
図
電流共振部のスイッチング動作タイムチャート
V P2 ，
V G2
0
起動シーケンス（定格負荷起動の場合）
スイッチオン
V GS（th）
V P2
V G2
AC 入力
デッドタイム T d
UVLO 解除
V G1
0
VCC オン
基準電圧
基準電圧，
信号値
0
VCC 端子電圧
VCC オフ
信号値
V Q2
PFC
スイッチング波形
V Q1
V Q1 ，
V Q2
385 V
0
I Q1
I Q2
PFC 出力
I Q1 ，I Q2
0
電流共振
スイッチング波形
V P1
V P1 ，
V P3
0
V P3
制御電圧まで上昇
24 V
電流共振出力
I D1
I D2
動作モード判定
I D1 ，I D2
動作モード
判定信号
0
状態Ⅰ
ⅡⅢ
Ⅳ
通常モード
スタンバイ
モード
ⅤⅥ
（ 41 ）
特 集
ôÝ低下ÏāÞhĥ
Ŗ電流検出器 ZCD.comp. ä出力Â反転ÏāgÉä出力ä
富士時報 6OL.O
臨界型 PFC 電流共振統合電源 IC「FA5560M」
図 6 á定格負荷起動時ä起動ĠsĚŜĢĈ示ÏgĢčĬ
ĪēŜÁÿ VCC 端子電圧Â上昇ÍhUVLO ēŜÍú値
二次側出力Â制御電圧á達ÍÕ後áhĢĨŜĹčŋsIJÁ
定格負荷Ĉ含ö通常ŋsIJÁä判定Ĉ行¼g
čĬĪŜęÂ開始ÏāgPFC 出力電圧ä上昇ÞÞøá電
電源特性
流共振部Â出力側á供給可能à電力Â増¾āÕ÷h二次
側出力電圧Â 24 V ä制御電圧ôÝ上昇Í安定動作Þàāg
図 3 ä電源回路ä電源特性Ĉ測定ÍÕ結果Ĉ以下á示Ïg
電源ä主à仕様å次äÞÀĀݸāg
図
入力電圧kAC90 v 264 V
g
PFC 部の入力電流波形
定格出力k24 V/7 Ah12 V/1 Ah5 V/4 A
g
最大電力k200 W
g
図 7 å AC100 V 入力Àþé AC240 V 入力Ýä定格負荷
AC115 V 2 A/div
出力ä入力電流波形ݸāg入力電流波形å入力電圧Þ同
様á正弦波ÞàÙܺāg
図
効率の入力電圧依存性
AC230 V 1 A/div
90
AC230 V
効率（%）
88
4 ms/div
86
AC115 V
84
82
80
78
76
図
定格負荷時力率特性
0
50
100
150
200
250
出力電力（W）
1.00
0.98
図
スタンバイ電力の入力電圧依存性
力率
0.96
1.0
スタンバイ電力（W）
0.94
0.92
0.90
50
100
150
200
250
300
入力電圧（V）
P o ＝200 mW
0.8
0.6
0.4
0.2
0
50
100
150
200
250
300
入力電圧（V）
図
定格負荷時効率特性
90
88
効率（%）
特 集
電圧ä 15 V ôÝ上昇ÏāÞhPFC 部Þ電流共振部äĢ
表
電源評価結果
86
条 件
結 果
AC90∼240 V
定格負荷
0.95以上
AC90∼240 V
定格負荷
84％以上
AC115/230 V入力
20∼100%負荷
82%以上
AC90∼264 V
200 mW負荷
0.9 W以下
84
力 率
82
80
効 率
78
76
50
100
150
200
入力電圧（V）
（ 42 ）
250
300
スタンバイ電力
富士時報 6OL.O
図 8 á定格負荷ä力率特性Ĉ示ÏgAC90 v 240 V ä範
臨界型 PFC 電流共振統合電源 IC「FA5560M」
ĢĨŜĹč電力用途ä電源ÞÍÜ適用可能ݸāg
囲Ý力率 0.95 以上ݸāg
あとがき
特 集
図 9 á定格負荷効率ä入力電圧依存性Ĉ示ÏgAC90 v
240 V ä範囲Ý効率 84% 以上ݸāg
図
á AC115 V Þ AC230 V Ýä効率ä入力電圧依存性
Ĉ示Ïg20 % 以上ä負荷Ý効率 82% 以上ݸāg
図
á負荷 200 mW 時äĢĨŜĹč電力ä入力電圧依
存性Ĉ示ÏgAC90 v 240 V ä範囲Ý 0.9 W 以下ݸāg
表１á電源評価結果Ĉ示Ïg定格負荷時ä力率 0.95 以上h
臨界型 PFC 電流共振統合電源 IC‡FA5560Mˆä概要
áÚºÜ紹介ÍÕgÉä IC åh高力率j高効率j低ĢĨ
ŜĹč電力Ýh部品削減áþā小型化j低ĜĢı化Â必要
à液晶įŕļ用電源á適ÍÕ仕様ݸāg製品用途áþĀ
期待ËĂā特性ú動作ĠsĚŜĢÂ異àāÕ÷hÓĂÔĂ
定格負荷á対Í負荷 20 % 以上Ýä効率 82% 以上h0.2 W
ä製品用途á最適化ÍÕ統合電源 IC Ĉ系列化Íh市場ä
負荷ÝäĢĨŜĹč電力 0.9 W 以下Ý高力率h高効率h低
要求á応¾ÜºÅ所存ݸāg
（ 43 ）
富士時報 6OL.O
高効率降圧コンバータ IC「FA7743N」
特 集
大和 誠}ÀąeôÉÞ~
山田谷 政幸}úôÖúeôËüÃ~
一岡 明}º×ÀÁe¸Ãÿ~
１á示Íh特徴Ĉ以下á述ïāg
まえがき
近年hľŒĬıįŕļá代表ËĂāİġĨŔ家電ä急速
.
IC の特徴
電源回路á対ÍÜåh高効率化h構成部品点数ä削減h
à普及ú産業用市場ä拡大á伴ºh12 v 24 V ä電圧Áÿ
ä降圧ĜŜĹsĨä需要Â急速á拡大ÍÜÃܺāg製品
高信頼性化h低電圧化ä要求Â強Å求÷ÿĂܺāgÉĂ
ä高効率化h小型化h高信頼性出力電圧ä低電圧化áå降
ÿä要求á応¾āÕ÷hIC å以下ä特徴Ĉ持Ùܺāg
高効率j小型化
（ 1）
圧ĜŜĹsĨä対応Â必要ÞàÙܺāg
É Ă ô Ý 富 士 電 機 Ý åh 入 力 電 圧 45 Vh 発 振 周 波 数
内蔵Ïā降圧ĜŜĹsĨäĢčĬĪŜę素子ÞÍÜĸč
400 kHzh1.5 A 出 力 ä ĺ Ř s MOSFET}Metal-Oxide-
ĞčIJ n ĪŌĶŔ MOSFET Ĉ採用ÍÕg従来ä p ĪŌ
Semiconductor Field-Effect Transistor~Þ PWM}Pulse
ĶŔ MOSFET Ĉ用ºÕ場合á比ïÜĺŘs MOSFET ä
Width Modulation~制御回路ĈŘŜĪĬŀ化ÍÕ降圧非
面積Ĉ小ËÅÏāÉÞÂÝÃh入力容量Ĉ削減ÏāÉÞÂ
同期整流ĜŜĹsĨ IC ä製品化Ĉ行ÙÜÃÕg
ÝÃāgÉĂáþĀ効率改善Àþé高周波動作Ĉ可能ÞÍh
今回h市場要求á対応ÏāÕ÷h従来機種þĀ高効率化h
高周波化h高信頼性化h低電圧化Àþé外付Ç部品削減Ĉ
小型ĺĬĚsġä採用Â可能ÞàÙÕg
部品点数削減
（ 2）
ĢčĬĪŜę素子ÞÍÜĺŘs MOSFET Ĉ同一ĪĬŀ
図āÕ÷h45 V 耐圧h低ēŜ抵抗äĺŘs MOSFET Ĉ
用ºÕĸčĞčIJ n ĪŌĶŔ MOSFET 内蔵h位相補償内
蔵h電流ŋsIJ制御hĻĔĬŀ動作Ĉ採用ÍÕ高信頼性製
表
FA7743Nの電源仕様
品ä降圧ĜŜĹsĨ IC‡FA7743NˆĈ開発ÍÕäÝhÓ
ä概要Ĉ紹介Ïāg
製品の概要
項 目
電源（VCC端子）電圧
9∼45 V
出力電圧設定
外部設定
最大負荷電流
1.5 A
動作周波数（固定）
今回開発ÍÕ FA7743N ä外観Ĉ 図 1h電源ä仕様Ĉ 表
図
降圧コンバータ IC の外観
500 kHz
許容損失
3.9 W
周囲温度
−20∼＋85 ℃
回路方式
降圧非同期整流モード
パワーMOSFET駆動方式
ハイサイドNMOS駆動
イネーブル機能
L：動作 H：待機
スタンバイ電流
10 A
位相補償
内蔵位相補償
ソフトスタート
タイマラッチ
保護回路
外付け容量にて時間設定
内蔵にて時間設定
低電圧保護
6.5 V
過電流保護
3. 5 A
過熱保護
パッケージ
145 ℃
Epad-SOP8
（エクスポーズドパット付き）
大和 誠
山田谷 政幸
一岡 明
ĢčĬĪŜę電源制御 IC ä開発
電源 IC ä設計開発Ĉ経Üh電源
ĢčĬĪŜę電源制御 IC ä開発
á従事g現在h富士電機İĹčĢ
İĹčĢä企画h開発á従事g現
á従事g現在h富士電機İĹčĢ
įĘķŖġs株式会社半導体開発
在h富士電機İĹčĢįĘķŖ
įĘķŖġs株式会社半導体開発
営業本部開発統括部İČĢĘœs
ġs株式会社半導体開発営業本部
営業本部開発統括部İČĢĘœs
ıjIC 開発部g
営業統括部営業推進部g電気学会
ıjIC 開発部g
会員g
（ 44 ）
仕 様
富士時報 6OL.O
図
機 種
従来機種
効 率
90.7 %
88.6 %
動作周波数
500 kHz
120 kHz
位 相 補 償
2個
4個
短 絡 保 護
ヒカップ＋タイマラッチ
タイマラッチ
最低動作電圧
V in
＝6.0
V
V in
＝9.0
V
SS
ENB
VREF
CREG
ON/OFF
UVLO
VREG
BOOST
Hicup
control
Soft
start
Slope
compen
-sation
Oscillator
TSD
Current
sense
Σ
á内蔵ÍÕñÁh位相補償hĿsıĢıŒĬŀ用ĩčēs
＋
IJĈ内蔵Íh外付Ç部品点数Ĉ削減ÍÕg
OTA
IN
−
＋
−
S
R
VCC
OCP
PWM
logic
control
Q
Comparator
High
side
driver Sense
MOS
OUT
信頼性
（ 3）
Timer latch
SCP
負荷短絡時áĻĔĬŀ動作áþĀ出力Ĉ停止Àþé再起
GND
動ËÑāÉÞÝh電源Ĉ保護ÏāgôÕh万Â一整流用ä
ĩčēsIJÂ外ĂÕ場合áåhÓĂĈ検知Í電源動作Ĉ停
止ÏāÉÞáþĀ IC Àþé電源回路ä破損Ĉ防止Íܺ
āg
定ËĂÕ電流値Ĉ超¾Õ場合hĢčĬĪŜęĈēľËÑā
出力ä低電圧化
（ 4）
内部基準電圧ä低電圧化áþĀh出力電圧Ĉ 1.0 V ôÝ
設定可能ÞÍÜ負荷ä低電圧化Ĉ実現Íܺāg
従来機種Þä比較
（ 5）
ĺŔĢĹčĺŔĢ式過電流制限回路Ĉ内蔵ÍܺāgËÿ
áÉä過電流状態Â一定回数連続ÍÕ場合hSS 端子ä外
付ÇĜŜİŜĞÝ設定ËĂā期間åĢčĬĪŜęĈ休止Ë
ÑhÓä後ĦľıĢĨsı動作áþĀ再起動ÏāĻĔĬŀ
FA7743N å従来機種á比ïh 表 2 á示Ïþ¼á電源回
式過電流制限回路Ĉ採用ÍÕg内蔵ĨčŇŒĬĪĔďŜĨ
路ä高効率化h部品点数ä削減h高信頼性化h低電圧化Â
áþā設定時間内åh過電流状態Â解除ÏāôÝÉä一連
可能ÞàÙÕg
ä動作Ĉ繰Ā返Ïg
ÉĂáþĀ過電流Â発生ÍhĨčŇŒĬĪáþÙÜĢ
.
動作説明
čĬĪŜęÂ停止ÏāôÝĢčĬĪŜęÂ継続ÏāÞhĢ
図 2 á内部ĿŖĬĘ図Ĉ示ÍhÓä詳細Ĉ以下á述ïāg
čĶsĿŔ回路}ENB 端子hON/OFF~
（ 1）
ENB 端子Ĉ制御Í外部信号áþĀ電源出力ä起動j停
čĬĪŜę素子Â過熱ÏāÉÞĈ防Ä高信頼性Ĉ実現ÍÜ
ºāg
ĨčŇŒĬĪ式出力短絡保護回路}Timer latch SCP~
（ 6）
電源回路ä出力Â短絡àßÝ一定時間低下Ĉ継続ÍÕ場
止Ĉ設定ÏāÉÞÂÝÃāg停止時å消費電流Ĉ 10 –A
á抑¾āg
合áĢčĬĪŜęĈ停止ËÑāÕ÷hĨčŇŒĬĪ式短絡
ĦľıĢĨsı回路}SS 端子hSoft start~
（ 2）
起動時ä
DC-DC
保護回路Ĉ内蔵Íܺāg出力電圧Ĉ帰還Ïā IN 端子電
ĜŜĹsĨ回路äŒĬĠŎ電流h出力
圧Â 0.6 V 以下ä状態Â 65 ms 以上継続ÏāÞĢčĬĪŜ
電圧äēsĹĠŎsıĈ抑制Ïā回路ݸāgđŒsċ
ęĈ停止ËÑāgÉäĨčŇŒĬĪä設定時間å内部Ý
Ŝŀä非反転入力á接続ËĂā基準電圧Ĉ SS 端子áþĀ
固定ËĂܺāgĨčŇŒĬĪáþāĢčĬĪŜę停止後
0 V Áÿ 0.8 V ôÝ徐々á上昇ËÑāÉÞáþĀ実現ÍÜ
åh電源電圧ôÕå ENB 端子ä再投入}ēľ ēŜ動
ºāgÉä動作å SS 端子áĜŜİŜĞĈ接続ÏāÖÇÝ
使用ÝÃhÓä容量áþĀ任意á時間Ĉ設定ÏāÉÞÂÝ
作~áþĀ再起動Â可能ݸāg
低電圧保護回路}UVLO~
（ 7）
Ãāg
đŒsċŜŀ回路}IN 端子hOTA~
（ 3）
0.8 V＋
−1 % ä基準電圧Ĉ非反転ÍÜ入力Íh電源出力電
圧Ĉ帰還Íܺā IN 端子Ĉ反転ÍÜ入力Í制御Ĉ行ÙÜ
電源電圧低下時ä回路誤動作Ĉ防止Ïā機能ݸāg入
力電圧上昇時å 6.5 V 以下h降下時å 5.5 V 以下ÝĢčĬ
ĪŜę出力Ĉ停止Ïāg
過熱保護回路}TSD~
（ 8）
ºāg位相補償å内蔵ÍÜÀĀhđŒsċŜŀä出力端子
å設Çܺàºg
発振器回路}Oscillator~
（ 4）
発振周波数å 500 kHz Ý内蔵ÍÕĜŜİŜĞÞ抵抗Ý固
IC 動作中áĪĬŀ内ä温度上昇Ĉ監視Íh145 ℃以上Ý
ĢčĬĪŜęĈ停止Í出力電圧å低下Ïāg温度Â 95 ℃
ôÝ低下ÏāÞhĦľıĢĨsıáþĀ出力電圧å再起動
Ïāg
定Íܺāg
ĺŔĢĹčĺŔĢÀþéĻĔĬŀ回路}SS 端子h
（ 5）
応用回路例
Soft start hHicup control~
ĢčĬĪŜę時äĸčĞčIJ n ĪŌĶŔ MOSFET á流
Ăā電流Ĉ監視ÍhĢčĬĪŜę周期ÊÞá IC 内部Ý設
.
回路構成
FA7743N ä応用回路ä一例Ĉ 図 3 á示Ïg入出力äĜ
（ 45 ）
特 集
FA7743N
項 目
FA7743N の内部ブロック図
Dmin
従来機種との比較
Set pulse
表
高効率降圧コンバータ IC「FA7743N」
富士時報 6OL.O
図
高効率降圧コンバータ IC「FA7743N」
FA7743N の応用回路例
特 集
Vin
Vo
L
9∼45 V
1 VCC
OUT 8
2 ENB
BOOST 7
CB
CV
CIN
R6
CS
4 GND
Low：enable
C1
R1
R4
R2
CREG 6
3 SS
ENB
5 V/1.5 A
IL
IN 5
D1
CR
CO
R3
GND
GND
D1
図
ダイオード
SD863-06
（富士電機製）
CR
セラミックコンデンサ
0.1 F
R3
チップ抵抗
10 kΩ
L
コイル
22 H
CV
セラミックコンデンサ
0.1 F
R4
チップ抵抗
1 kΩ
CIN
セラミックコンデンサ
47 F
CS
セラミックコンデンサ
0.022 F
R5
チップ抵抗
680 kΩ
CO
セラミックコンデンサ
10 F×２個
CB
セラミックコンデンサ
0.1 F
R6
チップ抵抗
22 Ω
C1
セラミックコンデンサ
220 pF
R1
チップ抵抗
51 kΩ
C2
セラミックコンデンサ
1,000 pF
R2
チップ抵抗
1.5 kΩ
FA7743N の電源効率特性
図
FA7743N の起動波形
100
V in ＝12 V
5 V 出力設定
95
V in ＝24 V
OUT
V in ＝36 V
効率（％）
90
Vo
85
80
75
SS
70
図
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
I out（A）
1.2
1.4
1.6
FA7743N のロードレギュレーション
ËÿáĸčĞčIJ n ĪŌĶŔ MOSFET 駆動用äĩčēs
IJĈ IC á内蔵ÍܺāÕ÷h外付Ç部品Ĉ削減ÍÜ省Ģ
1.0
V in ＝12 V
5 V 出力設定
0.5
ŃsĢĈ実現Íܺāg
V in ＝24 V
V in ＝36 V
V out（％）
0
.
図 4 åhFA7743N ä出力電圧Â 5 V 設定時ä電源効率
−0.5
特性ݸĀh最大 90.7 % Ĉ達成Íܺāg
−1.0
図 5 åh同Î条件Ýä出力電圧ä負荷電流依存性ݸĀh
−1.5
−2.0
効率特性・ロードレギュレーション
負荷電流 1.5 A Ýø最大−0.7 % Þ良好à特性Ĉ得ܺāg
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
I out（A）
1.2
1.4
1.6
.
ソフトスタート電源起動
図 6 áhFA7743N ä出力電圧起動波形Ĉ示Ïg出力電
圧}Vo~åĦľıĢĨsı}SS~áþĀh緩úÁá定格
ŜİŜĞåÏïÜĤŒňĬĘĜŜİŜĞĈ採用Íh小型化
出力電圧ôÝ上昇ÏāgÉäĦľıĢĨsı時間å入力ä
Àþé高信頼性Ĉ実現Íܺāg一部ä位相補償Ĉ内蔵Íh
電源電圧á依存ÑÐ一定Þàāg
（ 46 ）
富士時報 6OL.O
図
高効率降圧コンバータ IC「FA7743N」
定回数繰Ā返ÍÕ後áĢčĬĪŜęÂ停止Íh同時á SS
FA7743N のヒカップ動作波形
端子á接続ËĂÕĜŜİŜĞä放電Â開始ÏāgĜŜİŜ
絡Â解除ËĂܺāÕ÷hĦľıĢĨsıáÜ再起動Ĉ行
OUT
Vo
º出力å定格電圧á復帰Ïāg
.
タイマラッチ停止
図 8 áhFA7743N ä出力電圧ÂĨčŇŒĬĪ時間以上
出力短絡
短絡Ĉ継続ÍÕÞÃä波形Ĉ示Ïg出力短絡後hĨčŇ
SS
ŒĬĪ時間ĈĔďŜıÍܺā間åhĻĔĬŀ動作áÜ間
欠的áĢčĬĪŜęĈ行¼ÂhÉä間á出力短絡Â解除Ë
ĂàºÕ÷hĨčŇŒĬĪ時間Â経過後áĢčĬĪŜęå
停止Íh電圧出力ø停止ÏāgÉĂáþĀh短絡Â継続Í
Õ場合Ýøh電源回路å安全á停止Ïāg
図
FA7743N のタイマラッチ動作波形
あとがき
65 ms
新 規 á 開 発 Í Õ 45 V 耐 圧 ä ĸ č Ğ č IJ n Ī Ō Ķ Ŕ
OUT
MOSFET Ĉ内蔵Íh1.5 A 出力ä降圧ĜŜĹsĨ IC ä概
要Ĉ紹介ÍÕg
Vo
SS
İġĨŔ家電ä急速à普及úh通信Àþé産業用市場ä
拡大áþĀÉĂÿä機器ä電源ÞÍÜh小型化h高効率化h
高信頼性化ä要求Â今後ôÏôÏ高ÅàÙܺÅÞ考¾ÿ
Ăāg富士電機Ýå本製品ä市場展開áþĀhÉĂÿä市
IL
場ä要求á応¾ÜºÅ所存ݸāg
参考文献
藤 井 優 孝h 米 田 保i1 Ī Ō Ķ Ŕ 出 力 降 圧 型 DC-DC Ĝ Ŝ
（ 1）
ĹsĨ ICi富士時報ivol.79, no.5, 2006, p.402-404.
.
ヒカップ動作
図 7 áhFA7743N ä出力電圧Â一時的á短絡Í復帰Ï
山田谷政幸h佐々木修i降圧同期整流ĜŜĹsĨ ICi富
（ 2）
士時報ivol.80, no.6, 2007, p.420-423.
āÞÃä波形Ĉ示ÏgĺŔĢĹčĺŔĢä過電流保護Ĉ一
（ 47 ）
特 集
ĞĈ放電後h再充電j再放電動作Ĉ行Ùܺā間á出力短
富士時報 6OL.O
携帯機器用マルチチャネル電源 IC「FA7763R」
特 集
遠藤 和弥}¾ĉß¼eÁÐú~
大和 誠}ÀąeôÉÞ~
一岡 明}º×ÀÁe¸Ãÿ~
降圧ĜŜĹsĨä 4 ĪŌĶŔ分å同期整流方式á対応ÍÕg
まえがき
高効率j高周波動作á対応
（ 3）
近年hİġĨŔĢĪŔĔŊŒúļİēĔŊŒàßä携帯
降圧ĜŜĹsĨäĢčĬĪŜę素子ÞÍÜhĸčĞč
機器ä小型化h軽量化h高機能化Â進ĉݺāgÓä電源
IJ n ĪŌĶŔ MOSFET Ĉ採用ÍÕg従来ä p ĪŌĶŔ
ݸā DC-DC ĜŜĹsĨøh低電圧化h小型化h軽量化h
MOSFET á比ïhĺŘs MOSFET ä面積Ĉ小ËÅÝÃh
ĹĬįœsáþā長時間動作äÕ÷ä高効率化h低消費電
入力容量Ĉ低減Í高周波動作á対応ÍÕg
ĢĨŜĹč機能
（ 4）
流化ÂôÏôÏ要求ËĂܺāg
特áİġĨŔĢĪŔĔŊŒúļİēĔŊŒáÀºÜåh
高機能化á伴ÙÜ電圧ä異àā多出力系統ä安定ÍÕ電源
ĢĨŜĹč時ä消費電流å 1 –A 以下Ĉ実現ÍÕg
保護機能
（ 5）
ĦľıĢĨsı機能
（a）
Â要求ËĂܺāg
起動時ä出力ĜŜİŜĞîäŒĬĠŎ電流Ĉ抑制Ïāg
富士電機ÝåÉĂôÝøh携帯機器向Çá PWM}Pulse
Width Modulation~方式äŇŔĪĪŌĶŔ出力ä
DC-DC
（b）
UVLO}Under Voltage Lock Out~
ĜŜĹsĨ制御 IC Ĉ数多Å開発ÍÜÃÕg今回ÉĂÿä
市 場 要 求 á 対 応 Í Üh ĺ Ř s
MOSFET}Metal-Oxide-
電源電圧低下時ä回路誤動作Ĉ防止Ïāg
ĨčŇŒĬĪ式短絡保護
（c）
Semiconductor Field-Effect Transistor~Ĉ内蔵ÍÕ 7 ĪŌ
ĶŔ出力ä
DC-DC
DC-DC ĜŜĹsĨä各ĪŌĶŔ出力電圧Â短絡Ý一
ĜŜĹsĨ IC‡FA7763RˆĈ開発Í
定時間低下ÍÕ場合áh全ĪŌĶŔäĢčĬĪŜęĈ停
ÕäÝhÉÉáÓä概要Ĉ紹介Ïāg
止ËÑāg
過電流保護
（d）
製品の概要
表
FA7763Rの主な仕様
今回開発ÍÕ FA7763R ä外観Ĉ 図 1 áh主à仕様Ĉ 表
１á示Íh特徴Ĉ以下á述ïāg
動作電源範囲
（ 1）
œĪďʼnčēŜĹĬįœs 2 ĤŔäñÁhþĀ低電圧ä
ċŔĔœ乾電池 4 本ä電源áø対応ÍÕg
外部設定
基準電圧
1,00 V±1％
動作温度範囲
1
ソフトスタート
内部固定
UVLO
過熱保護
過電圧保護（CH5, CH7）
パッケージ
A以下
2.6 V
84 ms固定
パルスバイパルス
140 ℃
27 V
Epad-QFN56
（エクスポーズドパッド付き）
遠藤 和弥
大和 誠
一岡 明
ĢčĬĪŜę電源 IC ä開発á従
ĢčĬĪŜę電源制御 IC ä開発
ĢčĬĪŜę電源制御 IC ä開発
事g現在h富士電機İĹčĢįĘ
á従事g現在h富士電機İĹčĢ
á従事g現在h富士電機İĹčĢ
ķŖġs株式会社半導体開発営業
įĘķŖġs株式会社半導体開発
įĘķŖġs株式会社半導体開発
本部開発統括部İČĢĘœsıj
営業本部開発統括部İČĢĘœs
営業本部開発統括部İČĢĘœs
IC 開発部ŀœŜĠĺŔđŜġĴ
ıjIC 開発部g
ıjIC 開発部g
ċg
（ 48 ）
裏面
4W
−20∼＋85 ℃
スタンバイ電流
保 タイマラッチ式短絡保護
護
機
能 過電流保護（CH1∼CH6）
表面
500∼1,200 kHz
許容損失
6 ĪŌĶŔ分Â電流ŋsIJ制御方式ÝhËÿáÓä¼×
FA7763R の外観
仕 様
4∼10 V
出力電圧
スイッチング周波数
7 ĪŌĶŔ出力Þ同期整流h電流ŋsIJá対応
（ 2）
図
項 目
入力電圧
富士時報 6OL.O
携帯機器用マルチチャネル電源 IC「FA7763R」
電流ŋsIJ制御áÀºÜhĢčĬĪŜę MOSFET á
部品点数ä削減
（ 6）
ĢčĬĪŜę素子Þ同期整流素子ݸāĺŘs
Â過電流ŕłŔĈ超¾Õ場合hĢčĬĪŜęĈēľËÑ
MOSFET Ĉ IC á内蔵ÏāÞÞøáhĿsıĢıŒĬŀ用
āg
ĩčēsIJø内蔵Íh外付Ç部品点数ä削減Ĉ図ÙÕg
過熱保護
（e）
ĺĬĚsġ
（ 7）
56 ĽŜ QFN}Quad Flat Non-lead~ĺĬĚsġÝĽŜ
IC ĪĬŀä温度上昇Ĉ監視Íh140 ℃以上ÝŒĬĪÍ
間隔 0.4 mm Ĉ採用ÍhŅİČĞčģ 7 mm×7 mmh厚Ë
Ü全ĪŌĶŔäĢčĬĪŜęĈ停止Ïāg
過電圧保護
（ f）
0.9 mm Ĉ実現ÍÕgôÕh放熱性á優ĂÕ裏面ĺĬIJ付
ĪŌĶŔ 5h7 ä昇圧ĪŌĶŔåh27 V 以上ä出力過
ÃÞàÙܺāg
電圧ÝŒĬĪÍÜĢčĬĪŜęĈ停止Ïāg
内部ブロック図および応用回路例
TL7
TL6
TL5
TL3
VCC
TL4
Vbat
TL2
VREG
TL1
図
CNT1
CNT4
電源
VREG
制御電源
タイマラッチ
GND
UVLO
OV5
TSD
OV7
基準電圧
オンオフ
制御
&
シーケンス
SEL4
CNT5
SEL6
CNT7
（VREF=1.0 V）
CH1，2，3
オンオフ
CH4 オンオフ
CH4 モード設定
CH5，6 オンオフ
CH5，6 起動・停止の
順序設定
CH7 オンオフ
RT
発振器
TL1
Vr1
IN1
エラー
アンプ
−
コンパレータ
OC1
＋
FB1
VS1
PVC1
VREG
−
−
＋
S
R
CH1：降圧
ドライバ 1
Q
OC1
1.2 V
（300 mA)
Vr1
OUT1
電流モード
同期整流
PGND1
スロープ
補償
VS2
TL2
Vr2
IN2
−
＋
FB2
PVC2
VREG
OC2
−
−
＋
S
R
CH2：降圧
ドライバ 2
Q
OC２
OUT2
電流モード
同期整流
1.5 ∼ 1.8 V
（300 mA)
Vr2
スロープ
補償
VS3
TL3
Vr3
IN3
−
OC3
＋
FB3
PVC3
VREG
−
−
＋
S
R
CH3：降圧
ドライバ 3
Q
OC3
3.0 ∼ 3.6 V
（500 mA)
Vr3
OUT3
電流モード
同期整流
PGND3
スロープ
補償
VS4
TL4
Vr4
IN4
−
OC4
＋
FB4
PVC4
VREG
−
−
＋
S
R
CH4：降圧
Q
OC4
スロープ
補償
ドライバ 4
OUT4A
電流モード
同期整流
OUT4B
3.0 ∼ 3.6 V
（300 mA)
Vr4
TL5
Vr5
OUT5
IN5
−
OC5
＋
FB5
S
R
Q
VS5
12 ∼ 18 V
（50 mA)
電流モード
PGND5
−
VS6
＋
コンパレータ
IN6B
−
FB6
CH5：昇圧
ドライバ 5
OC5
スロープ
補償
TL6
IN6A
Vr6
−
−
＋
エラー
アンプ
OC6
−
−
＋
S
R
Q
電流モード
OUT6
−6 ∼−9 V
（100 mA)
Vr6
OC6
スロープ
補償
＋
CH6：反転
ドライバ 6
TL7
OUT7
FB7
Vr7
IN7−
IN7＋
電流設定値
コンパレータ
エラー
アンプ
−
ドライバ 7
−
CH7：昇圧
VS7
電圧モード
＋
＋
OV5
OV7
OVP5
OVP7
12 ∼ 24 V
（25 mA)
PGND5
VS7
コンパレータ
−
＋
オフ
タイマ
Vr7
VS5
VS5
SW5
Vr5
SW7
Rs
（ 49 ）
特 集
流Ăā電流Ĉ監視ÍhĢčĬĪŜę周期ÊÞáÉä電流
富士時報 6OL.O
携帯機器用マルチチャネル電源 IC「FA7763R」
力端子 OUT4A Þ OUT4B Ĉ接続ÍÜ降圧同期整流回路
Ĉ構成ÝÃāg
動作説明
特 集
SEL4 端子Ĉ Hi á設定ÏāÞh図 4 á示Ïþ¼á SEPIC
図 2 á内部ĿŖĬĘ図Þ応用回路例Ĉ示ÏgôÕh表 2
方式ä昇降圧回路Ĉ構成ÏāÉÞÂÝÃāg
áĪŌĶŔ制御仕様Ĉ示Ïg以下á 7 ĪŌĶŔÓĂÔĂä
動作áÚºÜ述ïāg
àÀhÉäÞÃĸčĞčIJ出力 OUT4A åēsŀŜÞ
Ïāg
ċŔĔœ乾電池 4 本äþ¼áh入力電源電圧ÂĪŌĶŔ
.
チャネル 1，2，3 の動作
4 ĜŜĹsĨ出力電圧近Åúh¸āºåÓĂ以下ä低電圧
ĪŌĶŔ 1h2h3 å電流ŋsIJ制御ä降圧同期整流回路
ݸāg最大負荷電流åhĪŌĶŔ 1h2  300 mAhĪŌ
Þàāþ¼àċŀœĚsĠŐŜÝåhÉä昇降圧ŋsIJÂ
有効ݸāg
ĶŔ 3  500 mA ݸāg
ß×ÿäŋsIJø最大負荷電流å 300 mAhĦľıĢ
起動j停止åh図 3 á示Ïþ¼á CNT1 端子áþÙÜ行
Ĩsı時間å 10 ms ݸāg
ąĂāgCNT1 端子ĈĸčŕłŔ}Hi~áÏāÞhôÐ内
部制御電源 VREG Â起動Íh続ºÜĪŌĶŔ 1hĪŌĶŔ
.
チャネル 5，6 の動作
2hĪŌĶŔ 3 ä順序ÝhÓĂÔĂ 10 ms äĦľıĢĨs
ĪŌĶŔ 5 å昇圧回路hĪŌĶŔ 6 å極性反転回路ݸ
ı時間Ý起動ÏāgàÀhCNT1 端子ä Hi åĹĬįœs
āg最大負荷電流åhĪŌĶŔ 5 Â 50 mAhĪŌĶŔ 6 Â
電 源 Ĉ 直 接 入 力 Ý Ã āg 停 止 時 å CNT1 端 子 Ĉ Ŗ s ŕ
100 mA ݸāg
łŔ}Lo~áÏāÞhôÐĪŌĶŔ 3 Â停止Íh続ºÜ
ĪŌĶŔ 5h6 ä起動j停止åh図 5 á示Ïþ¼á CNT
ĪŌĶŔ 2hĪŌĶŔ 1 ÂÓĂÔĂ 20 ms 時間差Ý停止Íh
5 端子Ý共通á制御ËĂāgôÕhĪŌĶŔ 6 ä起動j停
ĪŌĶŔ 1 ä停止Áÿ 20 ms 後á内部制御電源 VREG Â
止順序å SEL6 端子Ý切Ā替¾āÉÞÂÝÃāg
停止ÍhĢĨŜĹčŋsIJá移行Ïāg
図 5（a）
á示Ïþ¼áhSEL6 端子Ĉ Hi á設定ÍÕ場合h
ôÐĪŌĶŔ 5 Â起動ÍÓä後ĪŌĶŔ 6 Â起動ÏāgĦ
.
ľıĢĨsı時間åÓĂÔĂ 20 ms 固定ݸāg停止å
チャネル 4 の動作
ĪŌĶŔ 4 å CNT4 端子Ý起動j停止制御ËĂhSEL4
端子Ý動作ŋsIJĈ切Ā替¾āÉÞÂÝÃāgSEL4 端子
ĪŌĶŔ 6 Â停止後h20 ms ä時間差ĈøÙÜĪŌĶŔ 5
Â停止Ïāg
Ĉ Lo á設定ÏāÞh図 2 ä応用回路例á示Ïþ¼áh出
表
図 5（b）
á示Ïþ¼áhSEL6 端子Ĉ Lo á設定ÍÕ場合h
チャネル制御仕様
チャネル
出力端子
電流モード制御
対応
同期整流
対応
構成可能な
コンバータ
*
最大負荷電流
ソフトスタート
時間
CH1
OUT1
○
○
降圧
300 mA
10 ms
CH2
OUT2
○
○
降圧
300 mA
10 ms
CH3
OUT3
○
○
降圧
500 mA
10 ms
CH4
OUT4A
OUT4B
○
○，−
降圧，昇降圧
300 mA
10 ms
CH5
OUT5
○
−
昇圧
50 mA
20 ms
CH6
OUT6
○
−
極性反転
100 mA
20 ms
CH7
OUT7
−
−
昇圧
25 mA
10 ms
オンオフ
制御端子
備 考
CNT1
CNT4
SEL4端子で切替え
CNT5
CNT7
LED電流制御に対応
* ただし，パッケージの許容損失を超えないこと
図
チャネル 1，2，3 の起動・停止シーケンス
図
チャネル 4 の昇降圧モード設定
VREG Vbat
ＣＮＴ1 信号
SEL4
VREG 電圧
VS4
20 ms
ドライバ 4
20 ms
10 ms
CH2 出力電圧
OC4
20 ms
CH3 出力電圧
10 ms
10 ms
（ 50 ）
PVC4
VREG
CH1 出力電圧
電流モード
非同期整流
（SEL4=H）
OUT4A
OUT4B
PGND３
CH4：昇降圧
3.0 ∼ 3.6 V
（300 mA)
Vr4
富士時報 6OL.O
図
携帯機器用マルチチャネル電源 IC「FA7763R」
チャネル 5，6 の起動・停止シーケンス
チャネル 3 の効率特性
100
特 集
ＣＮＴ5 信号
図
入力電圧 4 V
20 ms
電源効率（％）
CH5 出力電圧
20 ms
CH6 出力電圧
20 ms
（a）SEL6＝Hi の場合
90
入力電圧 7 V
80
入力電圧 10 V
70
f osc
（ V OUT ＝3.3 V， ＝1
MHz，
L ＝10 H）
ＣＮＴ5 信号
60
CH5 出力電圧
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
負荷電流（A）
CH6 出力電圧
20 ms
ĪŌĶŔ 7 å CNT7 信号ÂēŜäÞÃhIN7＋端子ä電
（b）SEL6＝Lo の場合
流設定値Ĉ 0.1 V 以下á設定ÏāÞĢčĬĪŜęĈ停止Ï
āÉÞÂÝÃāgÉä状態Áÿ電流設定値Ĉ 0.1 V 以上á
ĪŌĶŔ 5 Þ 6 Â同時á 20 ms äĦľıĢĨsı時間Ý起
上ÈāÞh通常äĦľıĢĨsı動作Ý起動Ïāg
動Ïāg停止øĪŌĶŔ 5h6 Â同時á停止Ïāg
àÀhSEL6 端子信号ä Hi Þ Lo ä切替¾åhCNT5 信
ĪŌĶŔ 7 øĪŌĶŔ 5 Þ同様á昇圧回路ݸāäÝh
ŖsIJĢčĬĪÞ過電圧保護回路Ĉ備¾Üºāg
号ä変化前áhĜŜĹsĨ動作中Ýø切Ā替¾āÉÞÂ
ÝÃāgÍÕÂÙÜh起動時å SEL6 端子Ĉ Hi á設定Í
.
効率特性
ÜĪŌĶŔ 5 起動後áĪŌĶŔ 6 Ĉ起動Íh停止直前á
効率特性ä例ÞÍÜh図 6 áĪŌĶŔ 3 ä負荷電流á対
SEL6 端子Ĉ Lo á切Ā替¾hĪŌĶŔ 5 Þ 6 Ĉ同時á停
Ïā VS3 電源端子ä電源効率特性Ĉ示Ïg出力電圧 3.3 V
止ËÑāÉÞøÝÃāg
ĪŌĶŔ 5 ä昇圧回路áåh停止中á入力電源電圧Âč
ŜĩĘĨÞĩčēsIJĈ通ÍÜ負荷側á出力ËĂāäĈ防
設定hĢčĬĪŜę周波数 1 MHz Ýh入力電圧Â 4Vh
7 Vh10 V ä場合Ĉ示Ïg入力電圧 7 V Ý負荷電流 0.2 A
áÀºÜh電源効率 90 % 以上Ĉ達成Íܺāg
止ÏāÕ÷h負荷側áŖsIJĢčĬĪĈ設Çܸāg図 2
äĿŖĬĘ図Ýh端子 VS5 ÂŖsIJĢčĬĪä入力h端
あとがき
子 SW5 ÂŖsIJĢčĬĪä出力ݸāg
ŖsIJĢčĬĪä入力端子 VS5 áå過電圧保護回路Â
携帯機器用ŇŔĪĪŌĶŔ電源回路á適ÍÕhĺŘs
設ÇܸĀh過電圧検出時å全ĪŌĶŔĢčĬĪŜęĈ停
MOSFET 内蔵ä 7 ĪŌĶŔ DC-DC ĜŜĹsĨ IC‡FA
止Ïāg
7763Rˆä概要Ĉ紹介ÍÕg
Éä IC åh電流ŋsIJ制御ä降圧同期整流回路ú LED
.
チャネル 7 の動作
ĪŌĶŔ 7 åhLED ĹĬĘŒčıä電流制御á適ÍÕ
電圧ŋsIJ制御ä昇圧回路ݸāg最大負荷電流å 25 mA
ä定電流制御回路á対応ÍÜÀĀh高周波動作Ý高効率電
源回路Ĉ構成ÏāÉÞÂÝÃhļİēĔŊŒàßä小型
化j高機能化á貢献ÝÃāg
ÝĦľıĢĨsı時間å 10 ms ÞàÙܺāg起動j停止
制御å CNT7 端子Ý行¼g
図 2 ä応用回路例á示Ïþ¼áhLED Þ GND 間á電流
検出抵抗 Rs Ĉ接続ÍhÓä検出電圧 Vr7 ĈđŒsċŜŀ
ä反転入力端子 IN7−á入力ÏāgđŒsċŜŀä非反転
入力端子 IN7＋áå LED ä電流設定値Â入力ËĂh電流
参考文献
遠藤和弥i同期整流対応 6 ĪŌĶŔ DC-DC ĜŜĹsĨ制
（ 1）
御 ICi富士時報ivol.73, no.8, 2000, p.436-439.
山田谷政幸i小型 5 ĪŌĶŔ DC-DC ĜŜĹsĨ制御 ICi
（ 2）
富士時報ivol.76, no.3, 2003, p.160-162.
検出信号 Vr7 ÂÉä電流設定値á一致Ïāþ¼制御Ïāg
（ 51 ）
富士時報 6OL.O
高機能ワンチップイグナイタ
特 集
石井 憲一}ºÍºeÇĉº×~
宮沢 繁美}õúÌąeÍÈõ~
山本 毅}úôøÞeÚþÍ~
ļŎsĨŕĢčęĴĠŐŜĠĢįʼn}DLIS~
}図 2~î移
まえがき
行ÍÜÃÕg
電子化áþĀ次äþ¼à利点¸Āh車両性能ä向上á
富士電機åh自動車分野向Çä半導体İĹčĢÞÍÜh
ŘŜĪĬŀčęijčĨú IPS}Intelligent Power Switch~
h
ÚàÂāg
ĺŘs IC àßäčŜįœġĐŜıĺŘsİĹčĢhĸč
点火ĨčňŜęä高精度à制御Þ最適化Ĉ行ºh燃
（a）
ĿœĬIJ車用 IGBT}Insulated Gate Bipolar Transistor~
焼ä効率化ÞÓĂá伴¼低燃費化Â可能ݸāg
ŋ ġ Ŏ s ŔhBJT}Bipolar Junction Transistor~ ú
（b）
İČĢıœļŎsĨúĸčįŜĠŐŜĜsIJÂ不要
MOSFET}Metal - Oxide - Semiconductor Field - Effect
ݸāäÝh機械的à接点部áÜ発生ÏāĢĺsĘá
Transistor~
hIGBThFWD}Free Wheeling Diode~àß
þā焼損ú配線ÝäđĶŔės損失Ĉ減少ÝÃāg
äİČĢĘœsıİĹčĢh圧力ĤŜĞàß多Åä製品Ĉ
部品点数ä減少áþĀh信頼性向上úđŜġŜŔs
（c）
ʼn内ä省ĢŃsĢ化Â実現ÝÃāg
開発Íܺāg自動車用ä半導体İĹčĢåh一般ä半導
DLIS á適用ÏāĺŘsĢčĬĪåhđŜġŜ近傍á設
体製品þĀø厳ͺ環境Ý使用ËĂāäÝh耐環境性ú高
置ÏāäÝh温度ĢıŕĢh電気的ĢıŕĢh振動àß
信頼性Â求÷ÿĂܺāg
今回hđŜġŜä点火装置á用ºā高効率j高đĶŔ
ä機械的ĢıŕĢáËÿËĂh一般的à半導体Þ比較ÍÜ
ės点火方式á対応ÍÕh高機能ŘŜĪĬŀčęijčĨĈ
高耐熱性ú高信頼性Â求÷ÿĂāgôÕhECU}Electric
開発ÍÕäÝ紹介Ïāg
Control Unit~Áÿä駆動Â容易Ýh高耐圧j大電流àß
Â要求ËĂāgÉĂÿä要求á対Í富士電機Ýåh独自ä
ĺŘs半導体技術úķďĸďá加¾hĺĬĚsġ技術h信
背 景
頼性技術Ĉ用ºhDLIS á対応ÏāčęijčĨĈ製品化Í
近年ä自動車åh安全性j快適性j省đĶŔės化ä要
ÕgËÿáhþĀ高度à制御úhčęijčĨ自身áø保
求á応¾āïÅh電子化Â加速度的á進ĉÝÃܺāgđ
護機能Ĉ持ÕÑÕĸčĿœĬIJ IC Ĉ開発Íh高機能化ø
ŜġŜ点火装置øh法規制áþā排出ĕĢä抑制h低燃
図ÙÜÃÕgôÕhđŜġŜŔsʼn内ä省ĢŃsĢ化対応
費化àß性能ä向上ú環境îä配慮àßÂ求÷ÿĂܺ
äÕ÷áh図 3 äþ¼áčęijčĨä小型化ø積極的á進
āg従来ä機械式İČĢıœļŎsĨčęĴĠŐŜĠĢį
÷ÜÃÕg
čęijčĨĈ小型化ÏāÕ÷áh複数ĪĬŀÝ構成ÍÜ
ʼn}DIS~
}図 1~Áÿh個別電子制御化áþāİČĢıœ
図
ディストリビュータイグニションシステム（DIS）
イグニションコイル
図
ディストリビュータレスイグニションシステム（DLIS）
イグニションコイル
ハイテンションコード
ECU
バッテリー
バッテリー
ECU
点火プラグ
パワースイッチ
（ 52 ）
ディストリビュータ
パワースイッチ
点火プラグ
石井 憲一
宮沢 繁美
山本 毅
産業用 IGBThčęijčĨ用ŘŜ
産業用 IGBThčęijčĨ用ŘŜ
産業用 IGBThčęijčĨ用ŘŜ
ĪĬŀ IGBT ä設計j開発á従事g
ĪĬŀ IGBT ä設計j開発á従事g
ĪĬŀ IGBT ä設計j開発á従事g
現在h富士電機İĹčĢįĘķŖ
現在h富士電機İĹčĢįĘķŖ
現在h富士電機İĹčĢįĘķŖ
ġs株式会社半導体開発営業本部
ġs株式会社半導体開発営業本部
ġs株式会社半導体開発営業本部
開発統括部İČĢĘœsıjIC
開発統括部İČĢĘœsıjIC
開発統括部İČĢĘœsıjIC
開発部g
開発部g
開発部g
富士時報 6OL.O
図
高機能ワンチップイグナイタ
イグナイタの外観
図
概略回路図
C
特 集
波形整形
回路
IGBT
メイン
G
しきい値
回路
ハイブリッド IC 型
イグナイタ
電源センス
過熱検出
回路
ソフトオフ
回路
電流制限
回路
タイマ
回路
ワンチップ
イグナイタ
10 mm
表
E
従来製品ä仕様Ĉ満足ÏāÖÇÝàÅhÉĂÿä新機能
イグナイタの比較
Ĉ追加Íh小型ĺĬĚsġݸā TO-220 ĺĬĚsġá
ハイブリッドIC型
イグナイタ
ワンチップ
イグナイタ
パ ッ ケ ー ジ
TO-3P
TO-220
ECU ÁÿäēŜ信号Ĉ制御回路ä電源ÞÏā方式
（a）
電 流 値
7A
10 A以上
Ĉ採用ÍÕg制御回路ä電源á安定ÍÕ専用電源Ĉ用
過電圧保護機能
○
○
ºāÞh4 端子以上äĺĬĚsġÂ必要ÞàĀh小型h
電流制限機能
○
○
低ĜĢıäŊœĬıÂ生ÁÑàºgÓÉÝh図 4 á示
過熱保護機能
×
○
Ïþ¼áhčęijčĨäěsıá ECU Áÿ来āēŜ
分 類
項 目
ĪĬŀĈ収÷āÕ÷áh次ä 2 点Ĉ実施ÍÕg
信号Ĉh制御回路ä電源ÞÍÜ用ºÕ構成ÞÍÕg
ºÕ従来äĸčĿœĬIJĨčŀäčęijčĨĈh自己分離
（b）
微細加工ŔsŔĈ適用ÍÕg
技術Ĉ用ºÜhIGBT Þ制御回路Ĉ同一 Si 基板上á形成Íh
ŘŜĪĬŀ化ÍÕgÉĂáþĀh従来製品}ĸčĿœĬIJ
基本機能と性能
IC 型čęijčĨ~Þ比較ÍĺĬĚsġä小型化Â実現Ý
g
ÃÕ}表１~
.
電流制限機能
自動車ä基幹的役割Ĉ果ÕÏčęijčĨĈ含ö点火装置
電流制限機能åhIGBT äěsı電圧Ĉ正確áĜŜı
ÞÍÜh従来ä性能j品質Ĉ満足ËÑÚÚh実車Ý想定Ë
ŖsŔÍhđŜġŜ点火á必要à電流Ĉ確保ÍÚÚh過剰
ĂāËôÌôà電気的ĢıŕĢú条件á対ÍÜhčęijč
à電流Ĉ抑¾āÕ÷ä機能ݸāgIGBT á流Ăā電流Ĉ
Ĩ自身á保護機能Ĉ搭載ÍÕ製品Â必要ÞàÙÜÃܺāg
電圧変換Íh電流制限回路áþĀ IGBT äěsı電圧Ĉ正
ÓÉÝ今回h保護機能Ĉ強化ÍÕ高機能ŘŜĪĬŀčę
ijčĨä開発Ĉ行ÙÕg
確áĜŜıŖsŔÍܺāgIGBT á通電ËĂā電流ä検
出方法åh消費電力Ĉ抑¾āÕ÷h図 4 á示Ïþ¼áŊč
Ŝ IGBT á並列接続ÍÕ電流ĤŜĢ IGBT á流Ăā電流Ĉ
特 長
検出Ïā構成ÞÍh6CE}sat~Ĉ抑¾Üºāg
（ 1）
ôÕh富士電機独自ä波形整形回路áþĀh電流制限開
大電流ä通電Ĉ防止Ïā電流制限機能h高温時á自己遮
始時á発生ÏāĜŕĘĨ−đňĬĨ間電圧äēsĹĠŎs
断Ïā過熱検出機能Ĉ持Ú現行機種á対ÍÜh今回開発Í
ı}ĜŕĘĨ電圧ä変動áþĀhĜčŔä二次側á発生Ï
ÕŘŜĪĬŀčęijčĨÝåhĜčŔĈ含ö点火装置全体
ā電圧~Ĉ抑¾ÜºāÂhËÿá電流制限回路ä動作Ĉ最
Ĉ考慮Íh保護機能Ĉ強化ÍÕg主à機能å次äÞÀĀÝ
適化ÏāÉÞÝhĜŕĘĨ電圧ä変動Ĉ抑¾h効果Ĉ上È
¸āg
g
ܺā}図 5~
ĨčŇ機能k長時間ěsı電位上昇時áh¸ā一定
（a）
時間Ý自己遮断Ïā機能
.
過熱検出機能およびタイマ機能
（b）
Ħľıēľ機能k過熱検出機能動作時ôÕåĨčŇ
過熱検出機能ÀþéĨčŇ機能åh万Â一ä異常時á備
動作時áh通常遮断þĀ緩úÁá電流Ĉ遮断ÍhĜč
¾Õ機能ݸāg何ÿÁä原因Ý連続信号øÍÅåÓĂá
Ŕ二次側電圧Â上昇hđŜġŜ内ÝäĢĺsĘĈàÅ
該当Ïā入力Âěsıá¸ÙÕ場合hIGBT Â連続通電Í
ÏÕ÷ä機能
続ÇāÉÞĈčęijčĨ自身Ý防止Ïā役割Ĉ果ÕÏg
Íú値機能kķčģàßáþĀhěsıá電圧Â
（c）
具体的áåh過熱検出機能å IGBT ¸ā一定温度á到
ēŜ信号Þ関係àÅ発生ÍÜøhIGBT ÂēŜÍáÅ
達ÍÕ場合á動作ÏāgôÕhĨčŇ機能å¸ā一定時
ÅÍhķčģ耐性Ĉ向上ËÑÕ機能
間通電状態áàÙÕ場合hIGBT äěsıĈŀŔĩďŜÍh
（ 53 ）
富士時報 6OL.O
図
高機能ワンチップイグナイタ
電流制限の波形
図
ソフトオフの波形
特 集
V 2（1 kV/div）
V 2（1 kV/div）
V 2＝0.1 kV
電流制限開始
I C（5 A/div）
I C（5 A/div）
V CE（5 V/div）
V CE（5 V/div）
〔電流を緩やかに遮断することにより，コイルの
V 2 を抑制〕
二次側電圧 〔波形整形回路により，電流制限時にコイルの
V 2を抑制〕
二次側電圧 図
過熱検出機能とタイマ機能の動作
.
チップサイズ
čęijčĨå主á ECU ôÕåĜčŔá実装ÍhđŜġ
過熱検出回路動作点
過熱
検出
温度
ŜŔsʼn内á設置Ïāg限ÿĂÕĢŃsĢ内á収÷āÕ÷
áåhčęijčĨĈ小ËÅÏā必要¸āgčęijčĨä
温度
高機能化äÕ÷ݸÙÜøĺĬĚsġĞčģĈ大ÃÅÏ
āÉÞå避ÇàÇĂæàÿàºgÉäÕ÷h図 4 á示Ïþ
¼á従来機種ä設計思想Ĉ継承ÍÜhECU ÁÿäēŜ信
タイマ回路動作点
号Ĉ回路ä電源á使用Íh従来機能á加¾新機能ø正常á
動作ÝÃāþ¼á設計ÍÕgôÕhÓĂÞ同時á微細加工
ŔsŔĈ適用ÍhİĹčĢĞčģä縮小ø図ÙÕg
タイマ時間
時間
あとがき
チップ温度上昇が速い場合（実線）
：過熱検出動作
チップ温度上昇が遅い場合（破線）
：タイマ動作
今回h今後ä市場úÀ客様ä要求á対Íh現行量産品á
比ï保護機能Ĉ強化ËÑÕ自動車用ŘŜĪĬŀčęijčĨ
電流Ĉ遮断Ïāg
ÉĂÿä機能áþĀh図 6 á示Ïþ¼á比較的短時間á
温度上昇Â見ÿĂā場合å過熱検出機能Â働Åg逆á温度
Ĉ開発ÍÕg自動車市場åþĀŘsŔIJŘčIJá広ÂÙÜ
ºÅÉÞÁÿh今後øËÿàā要求Ĉ満足Ïā製品Ĉ開発
ÍܺÅ所存ݸāg
上昇Â遅º場合åĨčŇ機能Â働ÅÉÞáþĀhčęijč
ĨÀþé点火ĠĢįʼn全体ĈþĀ確実á保護ÝÃāg
参考文献
Yoshida, K. et al. A Self-Isolated Intelligent IGBT for
（ 1）
.
ソフトオフ機能
前述ä過熱検出機能úĨčŇ機能åh所定ä状態áàÙ
Õ時点ÝčęijčĨá通電Íܺā電流Ĉ遮断ÏāgÉä
Õ÷hECU ä信号áþÿÐá電流Â急激á変化ÍhÓĂ
áþĀĜčŔ二次側電圧Â急激á変化Íh正規äĨčňŜ
ę以外ä所ÝĢĺsĘÍÜÍô¼可能性¸āgÉĂá対
ÍÜhĦľıēľ機能å電流Ĉ遮断Ïā際áh電流変化Ĉ
緩úÁáÏāÉÞáþĀhßĉàĨčňŜęÝøĢĺsĘ
Ĉ防止ÝÃāg図 7 áĦľıēľä波形Ĉ示Ïg
（ 54 ）
Driving Ignition Coils. Proceedings of the 10th ISPSD 1998.
p.105-108.
竹 内 茂 行 ñ Ái 自 動 車 č ę ij č Ĩ 用 IPSi 富 士 時 報i
（ 2）
vol.72, no.3, 1999, p.164-167.
山本光俊ñÁi自動車用ŘŜĪĬŀčęijčĨ}F6008L~
i
（ 3）
富士時報ivol.76, no.10, 2003, p.612-615.
逸見徳幸ñÁi自動車用ŘŜĪĬŀčęijčĨi富士時報i
（ 4）
vol.78, no.4, 2005, p.273-276.
富士時報 6OL.O
自動車向け高地補正用小型大気圧センサ
特 集
斉藤 和典}˺޼eÁÐäĀ~
芦野 仁泰}¸ÍäeÃõèă~
栗又 正次郎}ÅĀôÕÍý¼Îă¼~
本稿Ýåh第 5 世代İġĨŔıœňŜę型圧力ĤŜĞ
まえがき
ĪĬŀĈ用ºÜh自動車Â高地Ĉ走行Ïā際ä高地補正用
自動車産業ä{環境|îä取組õåh欧州h米国h日本h
途ÞÍÜ用ºÿĂā ECU}電子制御ŏĴĬı~基板上á
ċġċàß全世界áÀÇā規制強化ÞÞøá高ôĀĈ見
SMD}Surface Mount Device~搭載可能à小型大気圧Ĥ
ÑÜÀĀh厳ͺ環境規制ĈĘœċÏāÕ÷áh自動車á
ŜĞĈ開発ÍÕäÝhÉĂĈ紹介Ïāg
用ºÿĂāĠĢįʼnå日々高効率化h高精度化Â図ÿĂÜ
ºāgôÕÓĂÿäĠĢįʼnáÀºÜh圧力Ĉ計測Íh制
大気圧センサの用途
御Ĉ行¼đŜġŜŇĶġŊŜıä重要性Â近年ôÏôÏ高
自動車用圧力ĤŜĞå一般的áhđŜġŜä電子燃料噴
ôÙÜÃܺāg
富士電機Ýå 1984 年á自動車用圧力ĤŜĞä量産Ĉ開
射ĠĢįʼnáÀºÜh最適à空燃比制御Ĉ実現ÏāÕ÷ä
始ÍÕg厳ͺĜĢıh精度äĴsģä変化á対ÍÜh独
吸気管内ä圧力測定á用ºāg一方h大気圧ĤŜĞå主á
自ä高信頼性回路技術Àþé高度àMEMS}Micro Electro
高地áÀÇā空燃比ä誤差Ĉ補正ÏāÕ÷á大気圧Ĉ測
Mechanical Systems~技術Ĉ提案ÏāÉÞáþÙÜ国内
定Íh標高ä高º地域Ýä走行ä際á空気Â薄ºÉÞáþ
外ä自動車Àþé二輪車á採用ºÕֺܺāg2007 年
ā酸素量ä不足Ĉ考慮ÍÕ空燃比制御Ĉ行¼用途Ý用ºāg
Áÿå通算Ý第 5 世代目Þàā CMOS}Complementary
今回開発ÍÕ大気圧ĤŜĞä基本仕様Ĉ表１áh外形図Ĉ
Metal-Oxide-Semiconductor~ŀŖĤĢáþāİġĨŔı
図 1 á示Ïg
œňŜę型自動車用圧力ĤŜĞĈ量産中ݸāg
小型大気圧センサのパッケージ設計技術
大気圧センサの基本特性
絶対最大電圧
16.5 V
絶対最大圧力
490 kPa abs
保 存 温 度
−40∼＋110 ℃
使 用 温 度
−30∼＋105 ℃
使 用 圧 力
50∼120 kPa abs
出 力 範 囲
備 考
.
小型化設計
基板実装部品áÀÇāĺĬĚsġä小型化åh実装面
＜1 min
図
大気圧センサの外形図
1 番ピンマーク
※3
0.5∼4.5 V
*1
*2
インタフェース
PU300 kΩ，PD100 kΩ
ダイアグ領域
＜0.2 V，＞4.8 V
※4
⑧
①
⑦
②
⑥
③
⑤
④
大気圧開放孔
1 mA
シ ン ク 電 流
5.6
仕 様
項 目
10.5
端子番号
接続
①
VOUT
②
VCC
③
GND
④
NC
⑤
NC
ソ ー ス 電 流
0.1 mA
圧 力 誤 差
＜3.0%FS
⑥
NC
＜1.5倍
⑦
NC
⑧
NC
温 度 誤 差
JASO D00-87，CISPR 25，
ISO11452-2，ISO7637
EMC検証済規格
7.4
4.55
表
*1 ：Pull Up *2 ：Pull Down
*3：相対圧，フルスケール圧力は任意に変更可能
*4：VCC配線の断線，VOUT配線の断線を検知
斉藤 和典
寸法単位：mm
芦野 仁泰
栗又 正次郎
半導体圧力ĤŜĞä設計j開発á
半導体圧力ĤŜĞä設計j開発á
半導体圧力ĤŜĞä設計j開発á
従事g現在h富士電機İĹčĢį
従事g現在h富士電機İĹčĢį
従事g現在h富士電機İĹčĢį
ĘķŖġs株式会社半導体開発営
ĘķŖġs株式会社半導体開発営
ĘķŖġs株式会社半導体開発営
業本部開発統括部İČĢĘœs
業本部開発統括部İČĢĘœs
業本部開発統括部İČĢĘœs
ıjIC 開発部ŇĶsġŌsg電
ıjIC 開発部g
ıjIC 開発部g
気学会会員g
（ 55 ）
富士時報 6OL.O
自動車向け高地補正用小型大気圧センサ
特 集
積縮小ä効果Áÿh基板面積全体ä小型化Â可能ÞàĀh
àßäĤŜĞ特性á影響Ĉ及òÏ可能性¸āgÍÕÂÙ
ECU 製品全体äĜĢıáø大ÃÅ影響Ïā要素ÞàÙÜ
ÜhĺĬĚsġ設計áÀºÜåhºÁáĪĬŀî応力Ĉ
ÀĀhĺĬĚsġ開発á必須äċčįʼnÞàÙܺāg今
伝¾áź構造設計ĈÏāÁÂ鍵ÞàāgÓäÕ÷ FEM
回hĺĬĚsġä小型化Ĉ実現Ïāá¸ÕĀhĺĬĚs
}有限要素法~解析Â非常á重要ݸĀhĺĬĚsġä応
ġ樹脂肉厚ä薄肉化hŅŜİČŜęčŜijs端子ä狭小
力解析Ĉ事前á行¼ÉÞÝĺĬĚsġ構造ä最適化Ĉ行Ù
化hôÕh端子ĽĬĪĈ狭小化}1.27 mm~ÏāÉÞÝ
ܺāg実際á行ÙÕ解析å振動解析h耐圧解析h端子引
超小型化Ĉ実現ËÑÕg寸法Ýåh従来äĺĬĚsġ寸
抜Ã強度hĪĬŀ応力解析àßݸāgÉÉÝå熱応力解
法 11.5 mm}縦~
×11.5 mm}横~
×6.6 mm}厚õ~á対Íh
析h振動解析hĪĬŀ応力解析áÚºÜä例Ĉ図 4 á示Ïg
今 回 ä ĺ Ĭ Ě s ġ 寸 法 å 6.5 mm} 縦~
×7.4 mm} 横~×
4.05 mm}厚õ~ÞàĀhÓä結果h実装面積áÚºÜå
従来比約 65 % 低減Íh高Ë方向Ĉ含÷Õ実装容積Ýå約
.
組立設計技術
ċŔňŘčōŅŜİČŜę
（ 1）
76 % ä低減ÞàÙÕg従来ĺĬĚsġÞä外観Àþé大
圧力ĤŜĞĺĬĚsġ設計ä際åh組立工程ÝäċŔ
ňŘčōŅŜİČŜę時äĺĬĚsġÞŅŜİČŜęĭs
ÃËä比較Ĉ図 2 á示Ïg
内部構造ä基本構成áÚºÜå従来製品Þ同ÎݸāÂh
Ŕ間ä干渉Ĉ考慮ÍÕ設計Ĉ実施ÍܺāgÉĂåhĺĬ
ECU 基板上îäåĉÖ付ÇĈ目的ÞÍÕ金÷ÙÃœsIJ
Ěsġä小型化á伴¼ŅŜİČŜęđœċä狭小化áþĀh
ľŕsʼnÞĪĬŀ}ěŔ~面保護äÕ÷ä樹脂製äĖŌĬ
ĺĬĚsġÞŅŜİČŜęĭsŔàßÂ非常á接近ÏāÉ
ŀĈ付加ÍÕ構造ÞàÙܺāg図 3 á大気圧ĤŜĞä断
面構造Ĉ示Ïg
.
図
FEM 解析の例
パッケージ解析技術
圧力ĤŜĞå圧力Ĉ応力ÞÍÜ感知Í電気信号î変換Ï
ā半導体素子ݸāÕ÷h
{応力ĤŜĞ|Þø言º換¾ā
ÉÞÂÝÃāgÓäÕ÷応力á対Í敏感ÝhĺĬĚsġÁ
ÿ受ÇāËôÌôà応力áþĀ温度特性úēľĤĬı電圧
図
現状の吸気圧用センサと大気圧センサの比較
（ =−200
℃における応力図）
Δt
吸気圧用圧力センサ
（a）熱応力解析
小型大気圧センサ
（振動二次モード変形図）
図
（b）振動解析
大気圧センサの断面構造
樹脂キャップ
シリコーンゲル
熱溶着
アルミワイヤ
センサチップ
樹脂ケース
ガラス台座
シリコーン接着剤
金めっきリードフレーム
（ 56 ）
（200 kPa 印加時のチップ応力図）
（c）チップ応力解析
富士時報 6OL.O
図
自動車向け高地補正用小型大気圧センサ
ボンディング干渉シミュレーションの例
図
インパルス溶着前後の外観比較
特 集
溶着前
ツール
溶着後
ケース
ÞÝ干渉Ĉ起ÉÏ危険性Â増大ÏāÁÿݸāgÓäÕ
あとがき
÷hŅŜİČŜę不良áÚàÂāÉÞĈ設計段階Áÿ回避
ÍÜÀÅ必要¸āg製品設計å三次元 CAD Ý行Ùܺ
āäÝh作成ËĂÕŋİŔĈ利用ÍÕg図 5 á示Ïþ¼áh
本稿Ýåh自動車用小型大気圧ĤŜĞä概要áÚºÜ説
明ÍÕg環境保護îä関心Â高ôÙܺā中Ýh自動車Ĉ
CAD 中ÝĪĬŀÞĺĬĚsġäŅŜİČŜę部Þä間Ýh
ĜŜıŖsŔÏāĠĢįʼnä高度化j高性能化Â進öáÚ
ĭsŔŋİŔĈ実際äŅŜİČŜę軌跡Ĉ通āþ¼á動作
Ăh今後ø圧力ĤŜĞä要求ŕłŔå高ÅàāÉÞÂ予想
Ĉ再現ËÑhĺĬĚsġÞä干渉ĈĪĐĬĘÍÜ設計段階
ËĂāgËÿàā高精度Ý高品質à製品開発Ĉ継続Íh世
Ýä組立時äœĢĘĈ回避Íܺāg
界ıĬŀŕłŔä技術î挑戦ÍܺÅ所存ݸāg
ĖŌĬŀ接合
（ 2）
今回åĖŌĬŀÞĚsĢä接合áčŜĺŔĢ溶着技術Ĉ
適用ÍܺāgčŜĺŔĢ溶着Þåh急熱áþĀ樹脂Ĉ溶
融ËÑÓä後急冷áþĀ樹脂Ĉ固化ËÑāÉÞÝh気密接
合ËÑā熱溶着技術ä一Úݸāg
従来ä接着剤áþā接合方法ÝåĺĬĚsġä小型化á
伴º接着Íăä確保Â難ÍÅh十分à気密性ú接着強度Ĉ
得āÉÞÂ困難ݸÙÕÂh図 6 á示Ïþ¼áčŜĺŔĢ
参考文献
斉藤和典ñÁi第 5 世代İġĨŔıœňŜę型自動車用小
（ 1）
型圧力ĤŜĞi富士時報ivol.80, no.6, 2007, p.413-415.
上柳勝道ñÁi自動車用圧力ĤŜĞi富士時報ivol.76,
（ 2）
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.
溶着技術Ĉ適用ÍÕäÝhÉĂÿä問題Â解決ÝÃÕg
（ 57 ）
富士時報 6OL.O
IGBT モジュールの損失・温度シミュレータ
特 集
高久 拓}ÕÁÅeÕÅ~
五十嵐 征輝}ºÂÿÍeѺÃ~
井川 修}ºÁąeÀËö~
まえがき
損失・温度シミュレータ Ver.4 の概要
ĺŘsđŕĘıŖĴĘĢ装置ä小型化j高密度化á伴Ù
損 失 Ġ ň Ŏ ŕ s Ĩ Ver.4 å 富 士 電 機 ä Web Ğ č ı
Ü装置内部ä温度ÂôÏôÏ高ÅàÙÜÃÜÀĀhIGBT
}http://www.fujielectric.co.jp/fdt/scd/index.html~ á À
}Insulated Gate Bipolar Transistor~àßäĺŘs半導体
ºÜ公開ÍÜÀĀhÖĂÝø無償Ý利用ÏāÉÞÂÝÃāg
素子ä許容温度Â最大定格値Ĉ超¾àºþ¼à熱設計Â求
ÉäĠňŎŕsĨå Windows 2000 以上ä環境Ý動作Ïāg
÷ÿĂܺāgôÕh半導体素子å接合部温度 4j úĚs
Ver.4 Ýå前ĹsġŐŜ}Ver.3~Þ比較ÍÜ以下ä機能
Ģ温度 4c ä変化áþā熱疲労¸Āh装置ä寿命j信頼
Â改善h追加ËĂܺāg
ƒ注„
性áÁÁąÙÜÅāÕ÷h設計段階áÀºÜÉĂÿĈ十分
発生損失計算ä精度向上
（a）
（ 1）
考慮Ïā必要¸āg最近ÝåhđŕłsĨúĞsŅàß
（b）
ěsı抵抗値ĈēŜhēľ個別á設定可能
加速j減速Ĉ頻繁á繰Ā返Ïþ¼à用途Ýä運転ĺĨsŜ
ĪĬŀ直下ä 4chĻsıĠŜĘ温度 4f ä計算Â可能
（c）
áÀÇā発生損失hĺŘsĞčĘŔ寿命計算àßä要望ø
ŋsĨŖĬĘ}DC ŖĬĘ~時ä計算Â可能
（d）
高ôÙÜÀĀh高度à熱流体ĠňŎŕsĠŐŜàßĈ用º
実機ä運転ĺĨsŜĈ入力ÍÜ損失j温度計算Â可
（e）
能
Ðá簡易à熱抵抗ŋİŔÁÿ温度œŀŔĈ推定Ïā方法Â
（ 2）
必要ÞàÙÜÃܺāgÓÉÝ今回hčŜĹsĨ動作Ýä
温度œŀŔä計算úh負荷ĞčĘŔ動作Ýä計算Ĉ行¼Õ
図 1 á示Ïþ¼áhčŜĹsĨĈ一定条件Ý連続運転Í
ÕÞÃä出力周期ÊÞä温度œŀŔĈ計算ÝÃāÖÇÝ
（ 3）
÷áhIGBT ŋġŎsŔä損失ĠňŎŕsĨäĹsġŐŜ
àÅh図 2 á示Ïþ¼áhčŜĹsĨä動作条件Â時間á
ċĬŀ版}Ver.4~Ĉ開発ÍÕg
ƒ注„Windowsk米国 Microsoft Corp. ä商標ôÕå登録商標
図
連続運転動作での損失・温度リプル計算例
図
負荷サイクルでの計算例
温度波形を表示
温度波形を表示
損失波形を表示
損失，周波数波形を表示
（ 58 ）
高久 拓
五十嵐 征輝
井川 修
ĺŘsđŕĘıŖĴĘĢä研究開
ĺŘsİĹčĢhĺŘsđŕĘı
ĺŘs半導体ä設計開発á従事g
発á従事g現在h富士電機İĹč
ŖĴĘĢ変換技術ä開発設計á従
現在h富士電機İĹčĢįĘķŖ
ĢįĘķŖġs株式会社半導体開
事g現在h富士電機İĹčĢįĘ
ġs株式会社半導体開発営業本部
発営業本部開発統括部ŋġŎsŔ
ķŖġs株式会社開発統括部ŋ
開発統括部ŋġŎsŔ開発部部長g
開発部g博士}工学~
g電気学会
ġŎsŔ開発部ŇĶsġŌsg工
博士}工学~
g電気化学会会員g
会員g
学博士g電気学会上席会員g
富士時報 6OL.O
IGBT モジュールの損失・温度シミュレータ
þÙÜ変化Ïāþ¼à運転ĺĨsŜÝø計算ÝÃāþ¼á
般的àĻsıĠŜĘä条件Ĉ自動Ý入力ÏāÉÞø可能
ݸāg次áh 図 5 ä画面áÀºÜhčŜĹsĨä動作
条件}出力電流h出力周波数hĖŌœō周波数h直流電
機ä IGBT ä適用設計á役立Ú便利à機能ø追加Íܺāg
圧h力率h変調率~ú変調方式}2 相変調øÍÅå 3 相変
調~
hIGBT 駆動条件}ěsı抵抗値~Ĉ入力Ïāgěs
損失・温度シミュレータの使用方法
ı抵抗値åĨsŜēŜÞĨsŜēľěsı抵抗Ĉ個別á設
損失ĠňŎŕsĨĈ起動ÏāÞ図 3 ä画面Â表示ËĂāg
ĘĢĈēŜáÏāÉÞÝ DC ŖĬĘ状態Ýä損失Ĉ計算Ï
定ÏāÉÞÂÝÃāgôÕh
{DC LOCK|äĪĐĬĘŅĬ
čŜĹsĨá使用Ïā素子Â決ôÙܺā場合áåhIJ
āg動作条件Ĉ入力後á計算実行ŅĨŜĈ押ÏÞh計算終
ŖĬŀĩďŜœĢıÁÿ IGBT ŋġŎsŔäĠœsģ名Þ
了後á図 1 á示Ïþ¼à結果表示画面Â自動的á表示ËĂ
型式Ĉ選択ÏāgôÕhčŜĹsĨ装置ä電源電圧ú容量
āgÉä画面Ýå IGBT Þ FWD}Free Wheeling Diode~
Áÿ推奨型式Ĉ選択ÏāÉÞøÝÃāg
ä発生損失波形Àþé 4jh4ch4f ä温度波形Ĉ確認Ïā
損失ĠňŎŕsĨ Ver.4 ÝåhĻsıĠŜĘĈ考慮ÍÕ
ÉÞÂÝÃāg
熱計算Ĉ行¼ÉÞÂÝÃāäÝh図 4 á示Ïþ¼áĻsı
負荷ĞčĘŔÝä計算Ĉ行¼場合áåh図 6 ä画面Ý区
ĠŜĘä熱抵抗特性Ĉ入力ÏāgĻsıĠŜĘÂ決ôÙÜ
間ÊÞäčŜĹsĨ動作条件Ĉ入力Ïāg動作ĺĨsŜĈ
ºàº場合áåhčŜĹsĨ容量Ĉ入力ÏāÉÞÝh一
入力後h計算実行ŅĨŜĈ押ÏÉÞÝ計算Ĉ実行Íh図 2
図
図
使用 IGBT モジュールの選択
インバータ動作条件の入力
モジュール型式選択
変調方式を選択
推奨型式選択ボタン
インバータ運転条件を入力
計算開始ボタン
図
ヒートシンク条件の入力
図
負荷サイクルの動作パターン入力
周囲温度を入力
インバータ容量から
ヒートシンクを推定
負荷動作パターンを入力
ヒートシンクの
過渡熱抵抗値を入力
計算開始ボタン
（ 59 ）
特 集
àÙÕgÉĂáþĀh従来版þĀø装置ä実動作á基Ûº
Õ発生損失j温度計算ÂþĀ正確áàÙÕgôÕh富士電
富士時報 6OL.O
IGBT モジュールの損失・温度シミュレータ
ĢčĬĪŜę損失 0onh0offh0rr åĢčĬĪŜę時ä電
á示Ïþ¼à計算結果画面Ĉ自動的á表示Ïāg
流値áÀÇā 1 回¸ÕĀäĢčĬĪŜęđĶŔės %onh
%off h%rr ÞĖŌœō周波数 Fc Áÿ算出Ïāg
特 集
熱設計計算フロー
0on＝%on · Fc
.
0off＝%off · Fc
熱設計の手順
0rr＝%rr · Fc
一般的à熱設計ä手順åhåÎ÷á回路方式Þ動作条件h
使用Ïā IGBT ŋġŎsŔh冷却体Ĉ決定ÍhÓĂÿä発
ěsı抵抗値 2g Â異àā場合áåhĢčĬĪŜę損失
生損失}熱量~Ĉ算出Ïāg次áhÉä発生損失Ĉ熱抵抗
äěsı依存性曲線ä値Áÿ比例換算Ĉ行¼gôÕh各Ģ
ŋİŔá代入ÏāÉÞáþÙÜ各部ä温度上昇Ĉ算出Ï
čĬĪŜę損失å DC œŜĘ電圧 6dc á比例ÏāÞõàÍ
āgÉäÞÃ発生損失ú温度上昇Â製品仕様Ĉ満ÕËàº
Ü換算Ïāg
以上äþ¼áhĖŌœō周期ÊÞá損失Ĉ計算Íh1 周
場合áåh再é条件Ĉ見直ÍÜ繰Ā返Í計算Ïā必要¸
āg図 7 á損失計算ĠňŎŕsĨäčŜĹsĨ回路áÀÇ
ā IGBT ŋġŎsŔÝ発生Ïā損失j各部Ýä温度ä計
図
損失波形・温度波形の算出
算ľŖsĪŌsıĈ示Ïg連続運転時ä温度œŀŔĈ計算
ÏāŋsIJÞ実機運転ĺĨsŜä負荷ĞčĘŔ計算Ĉ行¼
IC
キャリヤ波
ŋsIJÞ¸āgàÀhĠňŎŕsĨå次ä前提Ý損失計
（a）
算Ĉ行Ùܺāg
g正 弦 波 電 流 出 力 ä 三 相 PWM}Pulse Width Modu-
φ
lation~čŜĹsĨ装置ݸāÉÞ
IGBT 電流
三角波比較áþā PWM 変調ݸāÉÞ
g
.
（b）
発生損失の計算
IGBT 発生損失
（c）
ĠňŎŕsĨÝåh図 8（a）
v
á示Ïþ¼á各ĖŌœō
（c）
周期ÊÞá IGBT ä電流値 )c Ĉ求÷h)c ä値ÞŋġŎs
P on P sat P off
キャリヤ周期
ごとに平均化
ŔäİsĨĠsıá記載ËĂܺā損失特性İsĨÁÿ発
生損失}IGBT 定常損失 0sathFWD 定常損失 0fhĨsŜ
（d）
IGBT 損失波形 P IGBT
ēŜ損失 0onhĨsŜēľ損失 0offh逆回復損失 0rr~Ĉ算出
熱抵抗モデル
から算出
ÍܺāgÉäĠňŎŕsĨáå富士電機Â販売Íܺā
IGBT 温度上昇 T j
IGBT ŋ ġ Ŏ s ŔhIPM}Intelligent Power Module~ ä
特性İsĨ}出力特性hĢčĬĪŜę損失特性h熱抵抗特
T（ｊ-ｃ）
Tc
（e）
性~Â近似関数ÞÍÜİsĨłsĢ化ËĂܺāg
T（c-f）
Tf
定 常 損 失 0sat Þ 0f åh č Ŝ Ĺ s Ĩ 出 力 電 流 値 )c Þ ŋ
ġŎsŔä出力特性İsĨÁÿ導通損失Ĉ計算Ïāg
0sat＝)c · 6ce}sat~· DUTY
0f＝)f · 6f}1
· -DUTY~
図
図
インバータの一次元熱抵抗回路モデル
6 アーム
熱設計計算フローチャート
1 アーム
START
START
発生損失の計算
フーリエ変換
温度上昇モデル
（損失 × 熱抵抗値）
逆フーリエ変換
END
P Tr T jTr
T jD P D
損失計算
R th（ｊ-ｃ）Tr
フーリエ変換
温度上昇モデル
Tc，
Tf
を計算
Tc
R th（ｊ-ｃ）D
R th（c-f）
Tf
逆フーリエ変換
R th（f-a）
出力周波数から
T（ｊ-ｃ）
を計算
Ta
過渡応答補正
P Tr ＝ P sat ＋ P on ＋ P off
P D ＝ P f ＋ P rr
（a）連続動作
（ 60 ）
END
T jTr ： IGBT の接合部温度
R th（j-c）Tr：IGBT チップ直下の熱抵抗
（b）負荷サイクル
T jD ： FWD の接合部温度
R th（j-c）D：FWD チップ直下の熱抵抗
富士時報 6OL.O
図
IGBT モジュールの損失・温度シミュレータ
過渡熱抵抗特性の等価回路による近似
図
負荷サイクル動作での温度計算
熱抵抗 R th（ｊ-ｃ）
（K/W）
FWD
R th1
C th1
R th2
C th2
R th3
C th3
R th4
C th4
区間 1
（加速）
IGBT
0.1
0.01
0.001
0.001
0.01
0.1
パルス幅 P W（s）
区間 2
（定速）
特 集
1
区間 3
（減速）
インバータ出力電流（実効値）
インバータ出力周波数
IGBT 発生損失（平均値）
1
期内Ýä発生損失波形Ĉ求÷āÉÞáþÙÜhčŜĹsĨ
温度波形
T jmax
ä出力周波数áþā温度œŀŔĈ求÷ܺāg
T（ｊ-ｃ）
Tj
.
熱抵抗モデル
Tc
Tf
ĪĬŀÝä発生損失Ĉ算出ÍÕ後áhÓä値Ĉ熱抵抗ŋ
İŔá代入ÍÜ各部ä温度 4jh4ch4f Ĉ計算Ïāg 図 9
á本ĠňŎŕsĨÝä三相čŜĹsĨä一次元熱抵抗ŋ
（ 4）
İŔĈ示ÏgĪĬŀÝ発生ÍÕ損失}熱~åh絶縁基板h
ĚsĢhĻsıĠŜĘĈ介ÍÜ外気îÞ放出ËĂāgĚs
図
T （j-c）max のインバータ出力周波数特性
Ģ温度 4chĻsıĠŜĘ温度 4f åÓĂÔĂĪĬŀ直下Ý
ä温度ÞÍÜ定義ÏāgôÕ周囲温度 4a å一定ÞÍÜ扱
ĠŐŜ−ĚsĢ間ä熱抵抗 2th}j
-c~
äõݸÙÕÂhĚs
Ģ温度 4c ÞľČŜ温度 4f Ĉ計算ÏāÕ÷áhĚsĢ−
ĻsıĠŜĘ間ä熱抵抗 2th}c
抵抗 2th}f
-a~
-f~
T（ｊ-ｃ）max
¼g以前ä損失ĠňŎŕsĨä熱抵抗ŋİŔåġŌŜĘ
ÀþéľČŜ−周囲間熱
Ĉ直列á追加ÍÕg2th}c
-f~
å一Úäċsʼn
}IGBT Þ FWD ä組合Ñ~á対ÍÜä値ÞÍÜ定義ÍÜ
f1
ºāgÍÕÂÙÜhĚsĢ−ĻsıĠŜĘ間Ýä温度上昇
åh
}IGBT 損失＋FWD 損失~
j2th}c
-f~
Þàāg2th}f
-a~
f2
周波数（Hz）
å
čŜĹsĨ回路全体á対Ïā値ÞÍÜ定義ÏāgÍÕÂÙ
Ü 3 相分 6 素子ä IGBT Â一ÚäĻsıĠŜĘá搭載Ë
各区間ÊÞä発生損失Ĉ計算Ïāg1 動作ĞčĘŔä発生
ĂܺāÞõàÏäÝhĻsıĠŜĘá流Ă込ö熱量åh
損失波形Ĉ計算ÍhÉĂĈ 図
IGBT Þ FWD Ý発生Ïā損失ä 6 倍Þàāg
āÉÞáþÙÜ温度上昇波形Ĉ計算Ïāg
ôÕh過渡温度上昇Ĉ考慮ÍÕ温度上昇Ĉ計算ÏāÕ÷
áhÓĂÔĂä熱抵抗å 図
á示Ïþ¼á R Þ C ä並列
回路Ĉ四Ú直列á接続ÍÕ四次ä Foster Network 回路Ý
ä熱抵抗ŋİŔá代入Ï
ÕÖÍh4j äœŀŔĈÏïÜ計算Ïāáå膨大à時間
ÂÁÁāgÓÉÝh4j ä最大値äõĈ計算Ïāþ¼áÍ
Ü計算量ä低減Ĉ図ÙܺāgÉäœŀŔ温度åh 図
表ÏgÉÉÝä R Þ C ä大ÃËåİsĨĠsı記載ä過
á示Ïþ¼á出力周波数á反比例Ïā関数ÞÍÜ近似ÝÃ
渡熱抵抗ä特性曲線Áÿ最小二乗法áþĀ算出ÍÕ値ݸ
āäÝh¸ÿÁÎ÷Éä近似関数Ĉ求÷ÜÀºÕ関数Þ出
āgĠňŎŕsĨáåhÉĂÿä値ÂŋġŎsŔÊÞä
力周波数ÁÿǼ 4j c Ĉ算出Íܺāg
-
İsĨłsĢÞÍÜ登録ËĂܺāg
あとがき
負荷サイクルでの計算
本稿ÝåhĹsġŐŜċĬŀÍÕ損失j温度ĠňŎŕs
đŕłsĨàßäþ¼áh周期的á加速j減速Ĉ繰Ā返
ĨĈ紹介ÍÕgÉäĠňŎŕsĨåh一次元ä熱抵抗ŋİ
Ïþ¼à場合Ýä損失j温度ĠňŎŕsĠŐŜĈ行¼ÉÞ
ŔĈ用ºÜhĻsıĠŜĘø考慮ÍÕ熱設計úh運転ĺ
ÂÝÃāgÉĂáþĀhþĀ実機ä動作á基ÛºÕ詳細à
ĨsŜÂ時間áþÙÜ変化Ïāþ¼à負荷ĞčĘŔÝä計
設計Â可能Þàāg
算Â可能ݸāgàÀhÉäĠňŎŕsĨä計算ĺŒŊs
計算手順å連続運転動作ä場合Þ基本的á同Îݸāg
図
á示Ïþ¼áh¸ā運転ĺĨsŜĈ各区間á分割Íh
ĨåhIGBT ŋġŎsŔäİsĨĠsıá記載ËĂܺā
値Ĉ使用ÍܺāgÉĂÿä値åŇsġŜĈ考慮ÍÕ最
（ 61 ）
富士時報 6OL.O
IGBT モジュールの損失・温度シミュレータ
大値ݸĀhôÕ計算á用ºÜºā熱抵抗ŋİŔø簡略化
Dependent Electro - thermal IGBT Characteristics. IPEC
ÍÕøäݸāÕ÷h実際ä値Þå異àā場合¸āgÍ
Yokohama 1995, p.1128-1133.
特 集
ÕÂÙÜh実際ä使用時j設計時áå十分à検証Â必要
Nelson, J. J. et al. Fast thermal profiling of power
（ 2）
ݸāgÍÁÍàÂÿh本ĠňŎŕsĨĈ使用ÏāÉÞÝ
semiconductor devices using Fourier techniques. IEEE
IGBT İĹčĢä選択úh動作時ä温度上昇ä傾向Ĉ把握
Transactions on Industrial Electronics. vol.53, no.2, 2006,
ÏāÉÞÂ可能ݸĀh製品設計ä初期段階á大変有用Ý
p.521-529.
¸āäÝ大ºá活用ÍܺÕÖÃÕºg
田久保拡iIGBT ŋġŎsŔä損失ĠňŎŕsĠŐŜÞ放
（ 3）
参考文献
富 士 IGBT ŋ ġ Ŏ s Ŕ ċ ŀ œ Ě s Ġ Ő Ŝ Ň Ĵ Ŏ ċ Ŕi
（ 4）
熱設計iıŒŜġĢĨ技術h2006 年 10 月号i
Kraus, R. et al. Analysis and modeling of the Technology
（ 1）
（ 62 ）
2004-2.
富士時報 6OL.O
伝導性 EMI ノイズのモデリングと低減技術
特 集
陳 清}×ĉeӼѺ~
高久 拓}ÕÁÅeÕÅ~
五十嵐 征輝}ºÂÿÍeѺÃ~
ÍÕ低圧化ä電圧型ċĘįČĿľČŔĨĈ考案ÍÕg
まえがき
一方hĜŜĽŎsĨ技術úĠňŎŕsĠŐŜ技術ä発展
近年h高速電力用半導体素子ä発展á伴ÙÜhĖŌœ
áþĀh伝導性ķčģáÚºÜ忠実áŋİœŜęÍÜh高
ō周波数Â高周波化ÍhčŜĹsĨä小型化Â進ĉݺāg
º精度ÝķčģŕłŔĈ予測ÏāÉÞÂ可能áàÙÕgÉ
ÍÁÍh高周波ĢčĬĪŜęáþĀhŋsĨ巻線ä浮遊容
ĂáþĀh短時間ÝËôÌôà解析úķčģ抑制方法ä検
量Ĉ介ÍÜ接地線á流Ăā高周波漏Ă電流ú電磁障害Â問
討ÂÝÃāg
h
（ 4）
（ 5）
題áàÙܺāgķčģä周波数 150 kHz v 30 MHz ä帯
本稿Ýåh伝導性ķčģäŋİœŜęÞhĠňŎŕs
域Ý問題Þàā伝導性ķčģä低減ä方式ÞÍÜåh主á
ĠŐŜáþāķčģ低減技術ä解析hËÿáķčģ低減効
以下ä三ÚÂ検討ËĂܺāg
果ä実機áþā実験試験áÚºÜ紹介Ïāg
（ 1）
ĺĬĠĿ方式k受動部品äõÝ構成ËĂh共振現象
（a）
á起因Ïā相電圧ú線間äĞsġ電圧Ĉ抑制ÏāgÍ
伝導性 EMI ノイズのモデリング化
ÁÍhĜčŔÂ小ËÅÝÃàºhŋsĨ中性点Â必要
.
ÞºÙÕ欠点¸āg
コモンモード漏れ電流の測定
（ 2）
（b）
電流型方式k制御電流源Áÿh逆相ä電流Ĉ注入Í
図 1 áŋsĨ駆動čŜĹsĨ回路áÀÇāĜŋŜŋs
Üh電源îä漏Ă電流Ĉ相殺ÏāgŖŜęĚsĿŔä
IJ漏Ă電流ä流Ăā経路Ĉ示ÏgĜŋŜŋsIJ漏Ă電流
ÞÃá漏Ă電流Â大áàĀhċsĢá対Ïā部品Â大
åŋsĨ漏Ă電流hŋġŎsŔ銅łsĢ漏Ă電流h接地
ÃÅàā欠点¸āg
ĜŜİŜĞ漏Ă電流Àþé電源}擬似電源回路網kLISN~
（ 3）
電圧型方式k制御電圧源ÁÿhĜŋŜŋsIJ電圧
（c）
漏 Ă 電 流 á 分 Ç ÿ Ă āg 今 回 å 入 力 200 V 15 kW ä č
Þ逆向Ãä電圧Ĉ重畳ËÑhĜŋŜŋsIJ電圧Ĉ相
ŜĹsĨ装置Ĉ模擬ÍÜh富士電機ä IGBT ŋġŎsŔ
殺Ïāg2 ċsʼn変調ÝıŒŜĢÂ大ÃÅàāgôÕh
‡IGBT6MBI75U2A-060ˆĈ用ºÕĪŐĬĺ回路Ý漏Ă電
ľČŜä浮遊容量Ĉ考慮ÍܺàºäÝh電源îäķ
流ä測定Ĉ行ÙÕg負荷å 200 V 2.2 kW äŋsĨĈ使用
čģĈ完全á抑制ÝÃàºÞºÙÕ欠点¸āg
ÍÕg
ĺ Ĭ Ġ Ŀ 方 式 Þ 電 流 型 方 式 åh 伝 導 性 EMI}Electro
表１áĜŋŜŋsIJ漏Ă電流Ĉ測定ÏāÕ÷ä実験条件
Magnetic Interferencek電磁障害~ľČŔĨä小型化Â
Þ実験装置Ĉ示Ïg表１ä環境Ý 1 回äĢčĬĪŜęáÀ
困難ݸāg本研究Ýå電圧型方式á着目ÍhÉĂĈ改良
ÇāĜŋŜŋsIJ漏Ă電流波形Ĉ測定Íh各電流波形ä共
振周波数Áÿh高周波等価回路Ĉ導出Ïāg
図
伝導性 EMI の測定回路のブロック図
三相電源
ダイオード
擬似電源
回路網
（LISN）
IGBT，インバータ
+
表
モータ
実験条件と実験装置
IGBTモジュール
モータ
IGBTとモータの間のケーブル
ヒートシンク
LISN
漏れ電流
接地コンデンサ
漏れ電流
銅ベース
漏れ電流
モータ
漏れ電流
DCリンク電圧
LISN
スペクトラムアナライザ
6MBI175U2A-060
2.2 kW，200 V
2 mm2，10 m
140 Vまたは280 V
協立電子工業株式会社製KNW-243C
株式会社アドバンテスト製R3261
陳 清
高久 拓
五十嵐 征輝
伝導性 EMI ä研究á従事g現在h
ĺŘsđŕĘıŖĴĘĢä研究開
ĺŘsİĹčĢhĺŘsđŕĘı
富士電機İĹčĢįĘķŖġs株
発á従事g現在h富士電機İĹč
ŖĴĘĢ変換技術ä開発設計á従
式会社半導体開発営業本部開発統
ĢįĘķŖġs株式会社半導体開
事g現在h富士電機İĹčĢįĘ
括部ŋġŎsŔ開発部g工学博士g
発営業本部開発統括部ŋġŎsŔ
ķŖġs株式会社開発統括部ŋ
電子情報通信学会会員g
開発部g工学博士g電気学会会員g
ġŎsŔ開発部ŇĶsġŌsg工
学博士g電気学会上席会員g
（ 63 ）
富士時報 6OL.O
伝導性 EMI ノイズのモデリングと低減技術
量å接地ĜŜİŜĞ #g ÞŋsĨä浮遊容量 #m á分離Í
.
モータ漏れ電流のモデリング
Ü換算Ïāg
.
流波形Ĉ示Ïg
全体回路のモデリング
ƒ注„
高周波漏Ă電流á対Ïā等価回路å LCR 直列共振回
図 5 á伝導性ķčģĈŋİŔ化ÍÕ PSIM ĠňŎŕs
路 Ý 表 Ï É Þ Â Ý Ã āg ŋ s Ĩ 漏 Ă 電 流 å 5.8 MHz Þ
ĠŐŜ回路Ĉ示ÏgÓĂÔĂä回路定数å以下ä方法Ý算
1.1 MHz ä減衰振動Â重畳ÍÕ波形ݸāäÝh漏Ă電流
出Ïāg
å 図 3 á示Ï二Úä LCR 直列共振回路ä並列接続Þ考¾
銅łsĢ浮遊容量k半導体素子Þ銅łsĢä間ä浮
（a）
āg共振回路ä , Þ # å固有振動角周波数ωn Þ特性č
遊容量Ýh1 素子¸ÕĀ 200 pFhčŜĹsĨá 6 素子
ŜĽsĩŜĢ :0 Áÿ次式Ý決定ÝÃāg
分Ĉ使用Ïāg
/＝
=0
1
，&＝
ωn
ωn =0
xxxxxxxxxxxxxx（ 1）
（b）
ĻsıĠŜĘäčŜĩĘĨŜĢÞ抵抗値k銅łsĢ
ä漏Ă電流ä実測波形Þ銅łsĢ浮遊容量Áÿ算出Ï
2 å減衰ä包絡曲線Áÿ決定ÏāgÕÖÍh高周波ä振
動振幅åčŜĹsĨäĜŋŜŋsIJ電圧ä時間á大ÃÅ影
āg
ŋ s Ĩ 等 価 回 路k 実 測 Í Õ ŋ s Ĩ 漏 Ă 電 流 ä 減
（c）
衰 振 動 波 形 Ĉ 高 周 波 成 分}5.8 MHz~ Þ 低 周 波 成 分
響Ĉ受ÇāÕ÷h電力線čŜĩĘĨŜĢä 100 kHz ä測定
}1.1 MHz~á分離ÍhLCR 直列共振回路Áÿ定数Ĉ
値 0.53 –H Ĉ使用Ïāg
算出Ïāg
図 4 áŋsĨäĜŋŜŋsIJ漏Ă電流Ĉ三相等価回路á
（ 4）
置Ã換¾Õ回路Ĉ示Ïg単相等価回路Ýä低周波成分äč
接地ĜŜİŜĞk使用ÍÕĜŜİŜĞ容量Ĉ単相等
（d）
ŜĩĘĨŜĢÞ抵抗値Ĉ三相等価回路á置Ã換¾ā際áh
ÓĂÔĂä値Ĉ 3 倍áÏāg三相等価回路Ýä高周波成
価回路á換算Ïāg
LISNk三相Ĉ単相等価回路á換算Ïāg
（e）
分äčŜĩĘĨŜĢåh接地線äčŜĩĘĨŜĢø考慮Íh
単相čŜĩĘĨŜĢä 3/4 ÞÏāgôÕh各ĜŜİŜĞ容
ƒ注„PSIMkŇčďĐč技研株式会社äĺŘđŕjŋsĨ制御用Ġ
ňŎŕsĠŐŜĭsŔ
図
実測漏れ電流波形（DC リンク電圧 140 V）
図
1.0 s
モータのコモンモード漏れ電流の三相等価回路
LISN
0
−0.5
0.4 H
20 H
0.4 H
20 H
0.4 H
20 H
−0.67 A 47 V
150 ns
0.4
電流（A）
特 集
図 2 á DC œŜĘ電圧Ĉ 140 V ÞÍh実測ÍÕ各漏Ă電
0.2
銅ベース
7.5 MHz
3.525 nF
0
0.8 nF
0.8 nF 0.8 nF
5 nF
5 nF
5 nF
Cg
−0.2
−0.27 A
5Ω
0.42 A
0.4
5Ω
5Ω
500Ω 500Ω 500Ω
0.4 H
モータ
0.2
0
図
3.1 MHz
−0.2
0
4
8
PSIM シミュレーションモデル（チョッパ回路）
（a）
2Ω
時間（ s）
200 pF
200 pF
（b）
0.5 H
（c）
0.3 nF
図
モータのコモンモード漏れ電流等価回路
0.4 H
20 H
0.4 H
20 H
0.4 H
20 H
140 V
0.53 H
1.43 nF
6.67 H
（d）
A
VP_lisn
47 V
1.67Ω
0.75 F
167Ω
V
16.6Ω
16.6 H
150 ns
（e）
24 F
1.66Ω
83.3 H
高周波
（ 64 ）
低周波
I_cu
Cg
l_cg 14.1 nF 4.7 nF
A
2.85 nF
0.4 H l_motor
A
2 H
A I_lisn
0.8 nF
5Ω
5 nF
500Ω
富士時報 6OL.O
図
伝導性 EMI ノイズのモデリングと低減技術
シミュレーション漏れ電流波形（DC リンク電圧 140 V）
提案する低電圧化 ACC 方式
三相電源
LISN
0
ダイオード
擬似電源
回路網
（LISN）
−0.5
+
IGBT，インバータ
モータ
−0.75 A
電流（A）
0.4
0.2
低圧化
ACC
銅ベース
8.0 MHz
ヒートシンク
0
−0.2
−0.22 A
á注入ÍhÉĂĈ相殺ÏāÉÞÝhŋsĨ側Ý発生Ïā漏
1
0.72 A
Ă電流Â除去ÝÃāgÍÁÍhčŜĹsĨÞ擬似電源ä間
モータ
0.5
ÝäĜŋŜŋsIJ電圧ÂĖŌŜĤŔËĂܺàºäÝh電
0
源hŋġŎsŔ銅łsĢÀþé接地ĜŜİŜĞîä漏Ă
5.2 MHz
電流Â発生ÍÜÀĀhÉĂÿä漏Ă電流ä補償ÂÝÃàºg
−0.5
0
4
8
ôÕh逆極性ä電圧Ĉ発生Ïā制御電圧源ä駆動電源åč
時間（ s）
ŜĹsĨ側Áÿ供給ÍܺāäÝh高耐圧用äıŒŜġĢ
ĨÂ必要áàāÞº¼欠点¸ÙÕg
図
ACC 回路構成
.
IGBT，インバータ
三相電源 ダイオード
ACC
低電圧化電圧型アクティブフィルタ
čŜĹsĨä 1 相ÂĢčĬĪŜęÍÕ場合áåhčŜ
+
モータ
ĹsĨÂ出力ÏāĜŋŜŋsIJ電圧å DC œŜĘ電圧 %dc
ä 1/3 ä大ÃËÝĢįĬŀ状á変化ÏāgčŜĹsĨä浮
遊容量åŋsĨä浮遊容量á比ïÜ非常á小˺äÝhĜ
ŋŜŋsIJ等価回路åh接地ĜŜİŜĞ #g ÞŋsĨä浮
遊容量 #m ä直列回路ÞõàÏÉÞÂÝÃāgÍÕÂÙÜh
ĢčĬĪŜęáþÙÜ接地ĜŜİŜĞá生Îā電圧変動
ä大ÃËåh%d/3 Ĉ #g Þ #m Ý分圧ÍÕ値ÞàāgLISN
ä漏Ă電流Ĉ抑制ÏāÉÞá限定ÏĂæh補償ÏïÃ電
図 6 á DC œŜĘ電圧Ĉ 140 V ÞÍÕ PSIM áþā各漏
圧Ĉ小ËÅÝÃh低耐圧用ä能動素子Ý逆極性Ĉ発生Ï
Ă電流äĠňŎŕsĠŐŜ波形Ĉ示Ïg図 2 á示Ï実測Í
ā ACC Ĉ構成ÝÃāg提案Ïā低電圧化ÍÕ ACC 回路
Õ LISN 漏Ă電流äĽsĘ値å−0.67 A á対ÍÜhĠňŎ
構成Ĉ図 8 á示ÏgĜŋŜŋsIJıŒŜĢĈ LISN ÞčŜ
ŕsĠŐŜáþā LISN 漏Ă電流äĽsĘ値å−0.75 A Ý
ĹsĨä間á挿入Ïāg接地ĜŜİŜĞÝäĜŋŜŋsIJ
¸āgôÕh銅łsĢ漏Ă電流ÞŋsĨ漏Ă電流ÓĂÔĂ
電圧変動Ĉ検出ÍhÉĂÞ逆極性ä電圧ĈĜŋŜŋsIJı
ä周波数ÞĽsĘ値øh実測値ÞĠňŎŕsĠŐŜ値åñ
ŒŜĢá発生ËÑāgÉĂáþĀ電源側îä漏Ă電流Ĉ原
ò一致Íܺāg以上äÉÞÁÿh伝導性 EMI ķčģĈ
理的áå完全á抑制ÏāÉÞÂÝÃāgËÿáhACC 回
ŋİŔ化ÝÃhĠňŎŕsĠŐŜáþā解析Â可能ÞàÙ
路Â出力Ïā電圧åh接地ĜŜİŜĞÞŋsĨä浮遊容量
Õg
Ý分圧ËĂÕ電圧Ý済öÕ÷h従来ä ACC 回路á比ï低
圧ä部品Ý回路Ĉ構成ÝÃāg一般的á低圧ä部品å高周
波特性Â優ĂܺāäÝhþĀ高周波ä補償ÂÝÃāgô
ノイズ低減技術および効果
Õ安価ݸāÕ÷hķčģľČŔĨĈ低価格á構成ÝÃāg
.
電圧型アクティブコモンモードキャンセラ
ĺĬĠĿ方式äčŜĹsĨ内蔵ľČŔĨä容積åčŜ
ĹsĨ全体ä約 30 % Ĉ占÷ܺāgčŜĹsĨä容積Ĉ
Ëÿá補償Ïā電圧Â小ËÅÝÃāäÝhıŒŜĢÂ飽和
ÍáÅÅàĀhĜŋŜŋsIJıŒŜĢä小型化ø可能ݸ
āg
Ëÿá小ËÅÏāÕ÷hľČŔĨä小型化Â必要ݸāg
本研究ÝåhEMI ľČŔĨĈ小型化ÍhčŜĹsĨá内
蔵ÏāÕ÷h低電圧化ÍÕċĘįČĿľČŔĨĈ考案ÍÕg
図 7 á示ÏċĘįČĿĜŋŜŋsIJĖŌŜĤŒ}ACC~
.
実証実験
低電圧化ÍÕ ACC 回路Ĉ製作Íh表１á示Ï回路ĺŒ
ŊsĨĈ適用ÍÕĪŐĬĺ回路á組õ合ąÑÕÞÃä各漏
（ 3）
åh小笠原ÿáþÙÜ考案ËĂÕ方式ݸāgÉä方式åh
Ă電流ä実測波形Ĉ図 9 á示ÏgLISN 漏Ă電流äĽsĘ
ĢčĬĪŜęáþÙÜ発生ÏāĜŋŜŋsIJ電圧変動Þ大
値å図 2 ä対策àÍä場合á比ïāÞ約 1/4 á減少ÍÕg
ÃËÂ等ͺ逆極性ä電圧ĈčŜĹsĨ出力ÞŋsĨä間
àÀh銅łsĢúŋsĨä漏Ă電流áÚºÜåhACC
（ 65 ）
特 集
0.7 s
図
富士時報 6OL.O
図
伝導性 EMI ノイズのモデリングと低減技術
ACC を付けた実測漏れ電流波形（DC リンク電圧 140 V）
図
ACC の有無による実測雑音端子電圧
（DC リンク電圧 280 V）
特 集
LISN
100
0
−0.5
電流（A）
0.4
0.27 A
0.2
銅ベース
0
−0.2
8.4 MHz
雑音端子電圧（dB V）
−0.17 A
ACC なし
90
IEC61800 Cat.3
80
10 dB
70
17 dB
60
ACC 付き
50
1
モータ
0.5
40
0.15
0.3
1
3
周波数（MHz）
10
30
0
−0.23 A
−0.5
0
4
8
時間（ s）
下ä周波数領域áÀºÜĜŋŜŋsIJ電圧Â大幅á低減
ÍÜÀĀh150 kHz áÀºÜ 10 dB 減h300 kHz áÀºÜ
17 dB 減ÞàÙÕg3 MHz 以上ä高周波領域Ýåķčģ低
図
減効果å¸ôĀàÁÙÕgÉĂåhÉä方式Â能動素子Ý
ACC を付けたシミュレーション波形
（DC リンク電圧 140 V）
¸āıŒŜġĢĨú演算増幅器Ĉ使用ÍܺāÕ÷h高周
波応答ä限界Áÿ高周波領域ä雑音端子電圧Â低減ÍÃĂ
LISN
ܺàºÉÞÂ原因Þ考¾ÿĂāg
0
−0.18 A
あとがき
−0.5
電流（A）
0.4
0.23 A
0.2
銅ベース
0
本稿Ýåh伝導性 EMI ķčģäŋİœŜęÞh低電圧
化ċĘįČĿĜŋŜŋsIJľČŔĨáþā低減技術áÚº
Ü紹介ÍÕg低電圧化ÍÕ ACC 回路Ĉ提案ÍhÉä回路
−0.2
7.9 MHz
áÀºÜ電源îäĜŋŜŋsIJķčģĈ大幅á低減Ïā
ÉÞÂ分ÁÙÕgôÕh提案Ïā回路構成å従来äķčģ
1
モータ
0.5
ľČŔĨþĀø低ĜĢıÝ小型化Â可能ݸāg今後å
ACC 回路ä IC 化h製品化á向ÇÜ検討Ïā所存ݸāg
0
−0.28 A
−0.5
0
4
参考文献
8
時間（ s）
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（ 1）
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Ogasawara, S.; Akagi, H. Modeling and damping of high（ 5）
áÀºÜhACC àÍåľČ
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合þĀ低ÅàÙܺāg図
雑音端子電圧Ĉ示Íܺāg本提案方式Ýåh3 MHz 以
（ 66 ）
富士時報 6OL.O
埋込みエピタキシャル技術
特 集
栗林 均}ÅĀæúÍeèÞÍ~
山口 一哉}úôÆ×eÁÐú~
矢嶋 理子}úÎôe¸úÉ~
Þàā埋込õđĽĨĖĠŌŔ技術áÚºÜh成長条件ä検
まえがき
討結果Þ成長後ä不純物分布ä評価事例Ĉ紹介Ïāg
半導体İĹčĢåh微細化加工技術Ĉ中心ÞÍÕ半導体
ŀŖĤĢä高度化Ĉ駆動力ÞÍÜh目覚ôͺ高性能化Â
超接合基板の形成方法
継続的á推Í進÷ÿĂÜÃÕg近年ÝåhËÿá高性能化
Ĉ継続ÏāÕ÷áhİĹčĢĈ形成ÏāĠœĜŜ}Si~基
ıŕŜĪ埋込õ方式Ýä超接合基板形成ľŖsĈ図 1 á
板á種々ä機能Ĉ付加Ïā工夫Â積極的áàËĂāþ¼á
示Ïgp 型領域Þ n 型領域Â交互á並ĉÖ超接合基板Ĉ形
àÙÜÃܺāgĺŘs半導体áÀºÜåhēŜ抵抗ä低
成ÏāÕ÷áhôÐhSi 基板á Si 酸化膜}SiO2~Ĉ形成Íh
減h¸āºå集積化Ĉ図āÕ÷áhSi 基板中ä導電性Ĉ
ńıœĦęŒľČs工程ÝhSi 酸化膜ĈĺĨsĴŜęÏ
変¾āŅŖŜhœŜhĻ素hċŜĪŋŜàßä不純物ä分
€
gĺĨsĴŜęÍÕ Si 酸化膜ĈŇĢĘÞÍ
ā 図 1（a）
布Ĉ高精度á制御ÏāÉÞÂ重要áàÙÜÃܺāg
Ü異方性đĬĪŜęÝ深ºıŕŜĪĈ形成Ïā図 1（b）
€
g
富 士 電 機 Ý åh É ä þ ¼ à 動 向 Ĉ 踏 ô ¾ ÜhCVD
ıŕŜĪ側壁ä生成物除去j洗浄Ĉ行ºhđĽĨĖĠŌŔ
}Chemical Vapour Deposition~法áþāđĽĨĖĠŌŔ
〕
gēsĹsđĽĨĖĠŌŔ部分
成長Ý埋÷込ö〔図 1（c）
成長ä技術開発Ĉ行ÙܺāgSi 基板中ä不純物ä高精
Þ Si 酸化膜Ĉ除去ÍÜ基板表面Ĉ平Õĉ化Ïā〔 図 1（d）
度制御ä一例ÞÍÜh超接合İĹčĢ¸ĀhSi ä物性
〕
gıŕŜĪä深ËÂ超接合層ä厚ËáàāgÉä方式Ý
限界Ĉ超¾Ü低ºēŜ抵抗Â得ÿĂāÕ÷h電子機器ä低
åh約 10 –m ĽĬĪh約 50 –m 厚Ëä超接合層Ĉ 1 回ä
h
（ 1）
（ 2）
消費電力化Â図ĂāÉÞÝ注目Ĉ浴éܺāgÉä超接合
埋込õđĽĨĖĠŌŔ成長áþĀ形成ÝÃāg
İĹčĢä Si 基板}以下h超接合基板Þº¼~åhSi 基
板á深º溝}ıŕŜĪ~Ĉ形成ÍhSi äđĽĨĖĠŌŔ
埋込みエピタキシャル成長条件
成長áþĀ埋÷込ö技術hºąüā埋込õđĽĨĖĠŌŔ
実験áå枚葉方式äđĽĨĖĠŌŔ成長装置Ĉ用ºÜº
技術áþÙÜ得ÿĂāg
本稿Ýåh超接合基板ä形成ľŖsĈ紹介ÍÕ後áh鍵
āg装置ä模式図Ĉ図 2 á示Ïg石英ĪŎsĿ内hĞĤŀ
Ĩ上ä Si 基板å上下á配置ÍÕŒŜŀáþĀ加熱ËĂāg
図
Ëÿá面内ä均一性Ĉ確保ÏāÕ÷áhSi 基板å回転}約
超接合基板の形成フロー
30 r/min~Ïā構造ÞàÙܺāgôÕhSi 原料ĕĢå水
SiO2
素ĈĖŌœōĕĢÞÍÜh加熱ËĂÕ Si 基板上áh横方
n-Si
p-Si
図
（a）パターニング
エピタキシャル装置の模式図
石英チューブ
（c）埋込みエピタキシャル
原料ガス
n p
n p
n p
Si 基板
回転
超接合層
サセプタ
ランプ
（b）トレンチエッチング
（d）平たん化
栗林 均
パージガス
山口 一哉
矢嶋 理子
ĺŘs半導体äŀŖĤĢ開発á従
SJ-MOSFET ä ŀ Ŗ Ĥ Ģ 開 発 á
ĺŘs半導体äŀŖĤĢ開発á従
事g現在h富士電機İĹčĢįĘ
従事g現在h富士電機İĹčĢį
事g現在h富士電機İĹčĢįĘ
ķŖġs株式会社電子İĹčĢ研
ĘķŖġs株式会社電子İĹčĢ
ķŖġs株式会社電子İĹčĢ研
究所ŀŖĤĢ開発部g工学博士g
研究所ŀŖĤĢ開発部g
究所ŀŖĤĢ開発部g
応用物理学会会員g
（ 67 ）
富士時報 6OL.O
埋込みエピタキシャル技術
向Áÿ層流áÜ供給Ïāg
}110~面Â最ø速ÅhÚºÝ}100~面h
}111~面ä順á
àāg実際á埋込õ形状ä比較Ĉ行ºhđĽĨĖĠŌŔ成
長中á}111~面äľĊĤĬıÂ形成ËĂāÞhÓä周囲
TCS~
hġĘŖŖĠŒŜ}SiH2Cl2kDCS~à߸āg
ä成長Â促進ËĂāÉÞÝhıŕŜĪ開口部Â閉ÎÜÍô
図 3 åđĽĨĖĠŌŔ成長速度ä温度依存性Ĉh全ĕĢ
ºh大ÃàŅčIJÂ発生ÍÕgÓÉÝhıŕŜĪĈ埋÷込
流量á対Ïā原料ĕĢä流量比率áÚºÜ調ïÕ結果ݸ
ö際áåh側壁Â}001~面Þ}001~面áàāþ¼áıŕ
āg低温側Þ高温側Ý傾ÃÂ変ąÙÜÀĀh輸送律速Áÿ
ŜĪĈ形成Íh
}111~面äľĊĤĬıä形成Ĉ防ÆÉÞÝh
反応律速á変ąā様子Â見ÿĂāg輸送律速条件Ýå成長
ŅčIJä発生ÂàÅ埋込õÂÝÃāþ¼áàÙÕg
速度ä温度依存性Â少àÅàĀ供給ĕĢ濃度áñò比例Ï
上記結果Ĉ基áhıŕŜĪä埋込õđĽĨĖĠŌŔ成長
āÕ÷h成長速度ä制御Â比較的容易ݸāg通常h一様
条件ä最適化Ĉ行ºh実際á埋÷込ĉÖ結果Ĉ図 5 á示Ïg
à Si 層Ĉ形成Ïā場合åh輸送律速領域ÝđĽĨĖĠŌ
断面 SEM}走査型電子顕微鏡~像áÀºÜh仕事関数差
Ŕ成長Ĉ行¼gËÿáh埋込õđĽĨĖĠŌŔ成長áÀº
áþÙÜ n 型領域Þ p 型領域ÞÝĜŜıŒĢıÂÚºÜ
Üåh前述äÞÀĀhSi 酸化膜hıŕŜĪÂ形成ËĂÕ
観察ËĂh埋÷込ĉÖ領域Â確認ÝÃāgÉÉÝhn 型領
表面áđĽĨĖĠŌŔ成長ÏāÕ÷h選択đĽĨĖĠŌŔ
域hp 型領域Þøáh比抵抗Ý数Ω cm 程度áàāþ¼á
成長条件Ĉ用ºāÉÞÂ必要ݸāg選択đĽĨĖĠŌŔ
œŜÞŅŖŜĈÓĂÔĂIJsŀÍܺāg図 5 Ýåh5 本
成長ÝåhSi Þ Si 酸化膜Â同時á存在Ïā表面áh原料
äıŕŜĪ埋込õ領域Â観察ËĂhıŕŜĪ幅å約 7 –mh
ĕĢáđĬĪŜęĕĢݸā HCl àßĈ適量混ÒÜ流Ï
深Ëå約 50 –m ݸāg図ä一番左側äıŕŜĪ埋込õ領
ÉÞÝhSi 上äõ選択的á単結晶成長ÍhSi 酸化膜上á
域äõ分ÁĀúϺþ¼á境界Ĉ実線Ý示ÏgSi 基板面内
å成長Â起ÉÿàºgÉĂåhHCl äđĬĪŜę作用áþ
Ý完全áıŕŜĪĈ埋÷込öÕ÷hıŕŜĪÂ埋ôĀÃÙ
（ 3）
Ā Si 酸化膜上ä核形成Ĉ防止ÍܺāÕ÷ݸāg選択
Õ 後h1 v 2 –m 程 度 ä ē s Ĺ s đ Ľ Ĩ Ė Ġ Ō Ŕ成 長 Ĉ
đĽĨĖĠŌŔ成長áþÙÜhSi 酸化膜上Ýä多結晶ä
成長Ĉ抑¾h結晶性äþºıŕŜĪ埋込õÂÝÃāg図 4
図
成長速度の HCl 流量依存性
á成長速度ä HCl 流量比率依存性Ĉ示Ïg選択đĽĨĖ
5
ĠŌŔ成長Ýåh成長速度Þ選択性áåıŕsIJēľä関
係¸ĀhHCl 流量比Ĉ小ËÅÏāÞ成長速度å速Åàā
成長温度
Â選択性å悪化Ïāg逆áhHCl 流量Ĉ多ÅÏāÞ良好à
1,100 ℃
1,050 ℃
1,000 ℃
950 ℃
成長速度（ m/min）
4
選択性Â得ÿĂāÂh成長速度Â低下ÏāÕ÷適切à HCl
流量Ĉ決÷ā必要¸āgÉäñÁh選択đĽĨĖĠŌŔ
成長Ĉ半導体İĹčĢá応用Ïā場合hSi 酸化膜境界á
熱応力àßáþā欠陥Â導入ËĂúϺhôÕhľĊĤĬ
ı}結晶面ä面指数á応ÎÜ成長速度Â異àāÕ÷á現Ă
ā特異à面~Â現ĂúϺÕ÷h注意Â必要ݸāg
3
2
1
ıŕŜĪÂ形成ËĂÕ立体的à Si 表面Ýåh種々ä面
方位Â現ĂāÕ÷h成長速度ä面方位á依存性ä考慮Â
0
0
0.01
必要Þàāg成長条件áø依存ÏāÂh成長速度å通常h
図
0.02
0.03
0.04
HCl 流量比率
0.05
エピタキシャル成長速度の温度依存性
図
10
埋込みエピタキシャル成長後の断面 SEM 像
（埋込み条件 TCS，ATM，1,000 ℃）
原料ガス流量比
成長速度（ m/min）
特 集
đĽĨĖĠŌŔ成長á用ºā Si 原料ĕĢåh純度h反
応温度hĜĢıàßä点ÁÿıœĘŖŖĠŒŜ}SiHCl3k
TCS ：0.071
TCS ：0.052
TCS ：0.023
DCS ：0.005
DCS ：0.004
DCS ：0.003
SiO2
1
0.1
0.65
（ 68 ）
p
0.70
0.75
0.80
0.85
0.90
成長温度 1,000/ T（K−1）
0.95
n
p
n
30 m
0.06
富士時報 6OL.O
図
埋込みエピタキシャル技術
深さ方向ボロン濃度分布（SIMS）
不純物濃度分布評価
濃度
ݸāg超接合基板Ýåhn 型 Si 基板áıŕŜĪĈ掘Ù
Ü p 型ä Si Ĉ埋÷込öÉÞÝhSi 基板全面áąÕĀh約
50 –m ä深ËÝh数 –m 間隔Ý p 型領域Þ n 型領域Â交互
á形成ËĂܺāg深Ë方向ä不純物}ŅŖŜ~濃度分布
áÚºÜå二次čēŜ質量分析法}SIMS~áþÙÜhô
0
20
40
ÕhıŕŜĪ内ä局所的à不純物分布áÚºÜåh走査型
60
静電容量顕微鏡}SCM~áþā評価Ĉ行Ùܺāg
分析深さ（ m）
図 6 å深Ë方向äŅŖŜ濃度分布ä SIMS 評価結果ݸ
āg検出感度Ĉ得āÕ÷á数十 –mφä領域Ýä検出Ĉ行
図
¼必要¸Āh数箇所ä埋込õ領域ä平均的à濃度分布Ĉ
埋込み領域内ボロン濃度分布（SCM）
検出Íܺāg深Ë方向á濃度分布åñÞĉß見ÿĂÐh
60.0
均一à埋込õÂÝÃܺāÞ考¾ÿĂāg
図 7 å埋込õ領域内äŅŖŜ濃度分布áÚºÜ SCM á
þĀ評価ÍÕ結果ݸāg濃度分布å局所的àĖŌĺĠĨ
40.0
ŜĢä差ÞÍÜ濃淡Ý表ËĂāÂhSCM 結果Áÿåñò
均一àŅŖŜ濃度ÞàÙܺāÉÞÂ考¾ÿĂāg
以上áþĀhıŕŜĪ埋込õä際áŅŖŜĈ導入Íh超
p
n
p
接合基板Â形成可能ݸāÉÞĈ示ÍÕg局所濃度ä定量
n
20.0
的à評価hSi 基板面内ä評価áÚºÜå今後ä技術開発
Â必要ݸāg
0
20.0
40.0
あとがき
0
60.0
m
本稿Ýåh埋込õđĽĨĖĠŌŔ技術áÚºÜ紹介Í
ÕgSi 面方位h成長条件ä最適化áþĀh結晶性þÅ埋
行ÙܺāgÓäÕ÷hSi 酸化膜上áø横方向Áÿ Si đ
込õÂÝÃāÉÞĈ示Íh超接合基板ä形成Â可能áàÙ
ĽĨĖĠŌŔ成長 1 v 2 –m 程度伸éܺāg
Õg今後hSi 基板面内Ýä均一性ä改善h生産性ä改善
続Å平Õĉ化ä工程ÝhSi 酸化膜上ä Si å取Ā除ÁĂh
超接合基板Â完成Ïāg
Ĉ進÷āgôÕhđĽĨĖĠŌŔ成長技術Ĉ駆使ÍÜhĺ
Řs半導体ä性能向上á貢献ÍܺÅ所存ݸāg
埋込õä途中形状ä観察結果Áÿh埋込õđĽĨĖĠŌ
Ŕ成長ÝåıŕŜĪ底側ä側壁Áÿ斜÷á埋÷込ôĂܺ
ÅÉÞĈ確認Íܺāg側壁Áÿä結晶成長ÂìÚÁāı
ŕŜĪ中央付近áÀºÜøŅčIJú結晶欠陥ä発生ÂàÅ
埋÷込÷āgÉäÉÞåh断面 TEM}透過型電子顕微鏡~
観察úġŔıŔđĬĪŜęáþā結晶欠陥ä可視化áþÙ
Üø確認Íܺāg
参考文献
Fujihira, T. Theory of Semiconductor Superjunction
（ 1）
Devices. Jpn. J. Appl. Phys. vol.36, no.10, 1997, p.6254-6262.
Sugi, A. et al. Super Junction MOSFETs above 600V with
（ 2）
Parallel Gate Structure Fabricated by Deep Trench Etching
08. 2008, p.165-168.
and Epitaxial Growth. Proc. of ISPSD ’
Tanno, K. et al. Selective Silicon Epitaxy Using Reduced
（ 3）
Pressure Technique. Jpn. J. Appl. Phys. vol.21, 1982, p.L564L566.
（ 69 ）
特 集
実際áhĺŘs半導体用ä超接合基板ÞÍÜ用ºā場合
áåhİĹčĢ耐圧Ĉ決定ÛÇā不純物濃度ä制御Â重要
富士時報 6OL.O
自動車用 IPS デバイス技術
特 集
豊田 善昭}ÞþÖeþ͸Ã~
原田 祐一}åÿÖeü¼º×~
上西 顕寛}Îý¼áÍe¸Ãèă~
車用 IPS İĹčĢ技術áÚºÜ紹介Ïāg
まえがき
近年h自動車電装業界Ýå{安全性向上|
{環境性向上|
自動車用 IPS デバイス技術の特徴
{省đĶŔės|ä要求á応¾āÕ÷á電子制御化Â進õh
半導体製品ä適用範囲Â広ÂÙÜÃܺāgÉäþ¼à
図 1 á代表的à IPS ä回路ĿŖĬĘ図Ĉ示Ïg本 IPS åh
背景ä中h半導体製品áå小型化h高信頼性化ä要求Â高
出力段ÂĸčĞčIJ型ä縦型ĺŘs MOSFET ÞàÙÜÀ
ôÙܺāg
Āh周辺回路ÞÍÜh駆動回路h保護回路h自己診断回路h
富士電機ÝåhđŜġŜhıŒŜĢňĬĠŐŜhĿŕs
Ėàßä自動車電装ĠĢįʼn向Çáh高機能 MOSFET
}Metal- Oxide- Semiconductor Field- Effect Transistor~
状態検出回路àßÂ搭載ËĂܺāg回路部å低耐圧Àþ
é中耐圧ä MOSFETh抵抗àßä横型İĹčĢÝ構成Ë
Ăܺāg
ú IPS}Intelligent Power Switch~Þ呼æĂā半導体製
本技術åh富士電機ÂÉĂôÝá開発ÍÕ縦型ĺŘs
品ä開発Ĉ行ÙÜÃÕgÉĂÿä製品ä特徴åh縦型ĺ
MOSFET äēŜ抵抗低減化技術Þh自動車用自己分離型
ŘsİĹčĢĈ出力段ÞÏāĺŘsĢčĬĪÞ同一ĪĬŀ
統合ĺŘs IC 技術Ĉ融合ÍÜ開発ÍÕg
h
（ 1）
（ 2）
（ 3）
上áh自己分離方式Ĉ用ºÜ周辺回路Ĉ集積ÍܺāÉÞ
ݸāg従来åİČĢĘœsı回路áþĀ構成ËĂܺÕ
プロセス・デバイスの概要
周辺回路Ĉ取Ā込öÉÞÝh小型ÁÚ低価格Ý高º信頼性
Ĉ確保ÍܺāgÉĂÿä製品åh出力段ä縦型ĺŘsİ
今回開発ÍÕ自動車用 IPS İĹčĢåh1.5 –m ŔsŔ
ĹčĢÞ回路用ä横型İĹčĢä特性ĈŘŜĪĬŀ上á両
Ĉ 採 用 Í Õ CMOSFET}Complementary MOSFET~Þ
立ËÑāİĹčĢ技術áþÙÜ実現ËĂÜÃÕÂh近年ä
VDMOSFET}Vertical Double diffused MOSFET~áþ
小型化h低価格化要求ä加速á対応ÏāÕ÷áåh要素İ
Ā構成ËĂܺāg
ĹčĢä微細化Â必要ÞàÙܺāg
表 １ á使用可能à要素İĹčĢä一覧Ĉ示Ïg回路用
本稿Ýåh微細ŀŖĤĢĈ適用ÍÜ新Õá開発ÍÕ自動
5 V 系ä低耐圧 CMOSFETh60 V 系ä中耐圧 CMOSFETh
出力段用 60 V 系ä VDMOSFET Ĉ同一ĪĬŀá集積ÍÜ
図
ºāgn ĪŌĶŔ MOSFET áåh低耐圧系h中耐圧系Þ
代表的な IPS の回路ブロック図
øđŜĸŜĢŊŜı型á加¾İŀŕĬĠŐŜ型ø備¾Üº
VCC
āgÓä他ä回路用素子ÞÍÜh拡散ĭĐijsĩčēsIJh
ņœĠœĜŜĭĐijsĩčēsIJÞºÙÕ各種ĭĐijsĩ
内部電源
IN
論理回路
čēsIJúh拡散抵抗hņœĠœĜŜ抵抗hMOS ĖŌĺ
ĠĨÞºÙÕ受動素子Ĉ備¾Üºāg特áņœĠœĜŜ系
駆動回路
İĹčĢåhĠœĜŜ酸化膜上á形成ÏāäÝh寄生効果
保護回路
Â完全á除去ÝÃāgķčģúĞsġä厳ͺ自動車電装
OUT
ä環境下áÀºÜ回路設計Ĉ行¼á¸ÕĀh設計自由度ä
自己診断回路
増Ï有用àİĹčĢݸāg
状態検出回路
ST
図 2 á本İĹčĢ技術á適用ÏāŀŖĤĢľŖsĈ示Ïg
必要最低限ä工程数áÞß÷hĜĢıä増加Ĉ抑制Íܺ
GND
āg
（ 70 ）
豊田 善昭
原田 祐一
上西 顕寛
半導体äİĹčĢ開発j設計á従
半導体İĹčĢä研究開発á従事g
半導体äİĹčĢ開発j設計á従
事g現在h富士電機İĹčĢįĘ
現在h富士電機İĹčĢįĘķŖ
事g現在h富士電機İĹčĢįĘ
ķŖġs株式会社電子İĹčĢ研
ġs株式会社半導体開発営業本部
ķŖġs株式会社電子İĹčĢ研
究所İĹčĢ開発部g
開発統括部İČĢĘœsıjIC
究所İĹčĢ開発部g応用物理学
開発部g
会会員g
富士時報 6OL.O
表
自動車用 IPS デバイス技術
使用可能な要素デバイスの一覧
図
主要な回路用デバイスの断面構造
定格電圧
デバイス
5V
低耐圧nチャネルデプレッション型MOSFET
5V
低耐圧pチャネルMOSFET
5V
中耐圧nチャネルMOSFET
60 V
中耐圧nチャネルデプレッション型MOSFET
60 V
中耐圧pチャネルMOSFET
60 V
出力段用VDMOSFET
60 V
拡散ツェナーダイオード
5.5∼10 Ｖ
ポリシリコンダイオード
8Ｖ
拡散抵抗
─
ポリシリコン抵抗
─
MOSキャパシタ
─
低耐圧 n チャネル MOSＦＥＴ
ドレイン
ソース
ドレイン
ソース
（バックゲート）
（バックゲート）
n+
n+
p+
p+
p ウェル
p ツェナー
p ツェナー
p+
n+
n−エピタキシャル層
n+ 基板
VDMOSドレイン（= 電源接続）
中耐圧 n チャネル MOSＦＥＴ
ドレイン
ソース
（バックゲート）
n+
n+
p+
p ウェル
n オフセット
図
低耐圧 p チャネル MOSＦＥＴ
特 集
低耐圧nチャネルMOSFET
中耐圧 p チャネル MOSＦＥＴ
ドレイン
ソース
（バックゲート）
p+
p+
n+
p ウェル
n−エピタキシャル層
p ツェナー
n+ 基板
プロセスフロー
VDMOSドレイン（= 電源接続）
pウェル
pツェナー
表
nオフセット
回路用要素デバイスのサイズ比較
(従来品を1とする相対値)
ポリシリコン
デバイス種類
従来品
開発品
低耐圧nチャネルMOSFET
1
0.51
p型ポリシリコン
低耐圧pチャネルMOSFET
1
0.62
n型ポリシリコン
中耐圧nチャネルMOSFET
1
0.48
p+ ソースドレイン
中耐圧pチャネルMOSFET
1
0.70
pチャネル
n+ ソースドレイン
コンタクト
低耐圧 n ĪŌĶŔ MOSFET åIJŕčŜhĦsĢ端子
メタル
á p ĭĐijs拡散領域Â形成ËĂܺāÉÞÂ特徴ݸ
パッド
āgn＋/p ĭĐijsÝ形成ËĂāĭĐijs耐圧åĦsĢ
−IJŕčŜ耐圧þĀø低Å設定ËĂܺāg¸ÿÁÎ÷
個々ä MOSFET á保護ĭĐijsĈ内蔵ÏāÉÞáþĀh
MOSFET 単独Ý過電圧保護ú寄生ĹčņsŒ動作Â抑制
ÝÃāgĞsġä厳ͺ自動車電装Â環境下áÀºÜøh
要素デバイスと特性
侵入ÍÜÃÕĞsġá対ÍÜ MOSFET Ĉ確実á保護Ïā
.
ÉÞÂÝÃāg
回路用要素デバイス
図 3 á回路用İĹčĢä主à断面構造Ĉ示Ïg本ŀŖĤ
＋
−
ĢÝå VDMOS 形成äÕ÷áhn /n đĽĨĖĠŌŔ基板
−
60 V 系中耐圧İĹčĢ
（ 2）
中耐圧 n ĪŌĶŔ MOSFET åēľĤĬıIJŕčŜÞ
Ĉ使用Ïāg回路用İĹčĢá関ÍÜåhn đĽĨĖĠŌ
ěsıľČsŔIJŀŕsıä効果Ý電界緩和Ĉ行Ùܺāg
Ŕ層上á p ďĐŔĈ形成ÍÜ n ĪŌĶŔ MOSFET Ĉ形
以下á¸Èā IPS ä特徴ø利用ÍÜËÿá効果的á電界
成ÍÜÀĀhĹĬĘěsı電位Ĉ自由á設定ÏāÉÞÂ可
緩和Ĉ行ÙܺāgIPS åĸčĞčIJĢčĬĪÞÍÜ使用
能ݸāg一方hp ĪŌĶŔ MOSFET åh専用äďĐŔ
ÏāÕ÷h出力段ĺŘsİĹčĢäIJŕčŜ端子ݸā基
拡散層Ĉ使用ÑÐhn− đĽĨĖĠŌŔ層上á直接形成Í
板ä裏面Â電圧源á接続ËĂāÞº¼特徴¸āg基板電
ܺāg
位Â最高電位á維持ËĂāÕ÷hn− đĽĨĖĠŌŔ層Þ
表 2 á従来Þ本開発İĹčĢ技術áÀÇā回路用要素İ
p ďĐŔ接合面Áÿ p ďĐŔ拡散層á空乏層Â伸éāgÉ
ĹčĢĞčģä比較Ĉ示Ïg1.5 –m ŔsŔä採用úİĹ
ĂáþĀhn ēľĤĬıÞ p ďĐŔ接合面Áÿ伸éā空乏
čĢ構造ĺŒŊsĨä調整áþĀhİĹčĢ面積Ý 30 v
層ÞĩĿŔ RESURF}REduced SURface Field~ä効果
50 % ä小型化Ĉ達成Íܺāg
áþÙÜ電界緩和Â促進ËĂāg
5 V 系低耐圧İĹčĢ
（ 1）
本İĹčĢå上記ä効果Ĉ有効á活用Íh目標耐圧Ĉ確
（ 71 ）
富士時報 6OL.O
自動車用 IPS デバイス技術
保Íܺāg中耐圧 p ĪŌĶŔ MOSFET åēľĤĬıIJ
÷h擬平面接合Þº¼技術Ĉ採用ÍܺāgÉä技術ä
特徴åh従来þĀø低濃度Ý浅º p ĪŌĶŔĈ密á配置
標耐圧Ĉ確保ÍܺāgēľĤĬıIJŕčŜ拡散層áå専
ÏāÉÞáþĀhÃą÷Ü平面á近º接合面Ĉ実現Íh三
用ä拡散層Ĉ使用ÑÐhp ďĐŔĈ共有化ÍÜĜĢıċĬ
次元的à凹凸áþā電界ä局所集中Ĉ防ÄhĠœĜŜä
ŀĈ抑制Íܺāg図 4 á回路用 MOSFET ä出力特性Ĉ
理論限界á近º耐圧Ĉ確保ÝÃāÉÞá¸āgÉĂáþ
示Ïg
Āh従来þĀøĠœĜŜ比抵抗Ĉ下ÈāÉÞÂ可能Þà
āÕ÷h結果ÞÍÜ単位面積¸ÕĀäēŜ抵抗 2onj! ä
.
低減Â可能áàāg富士電機ÝåhÉä技術Ĉ 100 V 以
出力段用 VDMOSFET
図 5 á出力段用 VDMOSFET ä断面構造Ĉ示Ïg 図 5
上ä高耐圧äİČĢĘœsıĺŘs MOSFET 製品á適用
å従来設計ä VDMOSFET 構造ݸĀh 図 5（b）
å本設
（a）
Ïā技術ÞÍÜ確立ÍܺÕÂh今回Éä技術Ĉ 60 V 系
計Ý適用ä VDMOSFET 構造ݸāgēŜ抵抗低減äÕ
VDMOSFET 用áċŕŜġÍÜ IPS İĹčĢ技術ä縦型
ĺŘsİĹčĢá適用ÍÕg
図
図 6 á出力段 VDMOSFET äēŜ抵抗成分ä内訳Ĉ示
回路用 MOSFET の出力特性
150
V g ＝5 V
100
V g ＝4 V
50
V g ＝3 V
V g ＝2 V
0
0
1
2
V g ＝0 ∼ 1 V
3
4
5
−ドレイン電流（ A）
ドレイン電流（ A）
Ïg ē Ŝ 抵 抗 åh ① IJ œ ľ ı 抵 抗h ② JFET}Junction
50
Field-Effect Transistor~抵抗h③ĪŌĶŔ抵抗Þº¼ 3
V g ＝−5 V
40
種類ä抵抗成分Áÿàāg①IJœľı抵抗å主á n−đĽ
30
ĨĖĠŌŔ層ä抵抗成分Ĉ表Íh② JFET 抵抗å p ĪŌ
V g ＝−4 V
20
0
6
ĶŔ拡散層Áÿ伸éā空乏層áþÙÜ挟ôĂÕ領域ä抵抗
V g ＝−3 V
10
V g ＝−2 V
V g ＝0 ∼−1 V
1
4
0
ドレイン電圧（V）
2
3
5
6
−ドレイン電圧（V）
（a）低耐圧 n チャネル MOSＦＥＴ
（b）低耐圧 p チャネル MOSＦＥＴ
成分Ĉ表Íh③ĪŌĶŔ抵抗å p ĪŌĶŔ拡散層ä抵抗
成分Ĉ表Ïg本開発ÝåhÉä 3 種類ä抵抗成分á対Í以
下ä施策Ĉ実施ÍÜēŜ抵抗低減Ĉ目指ÍÕg
−
150
V g ＝5 V
100
V g ＝4 V
50
V g ＝3 V
V g ＝2 V
0
0
V g ＝0 ∼ 1 V
−ドレイン電流（ A）
n đĽĨĖĠŌŔ層比抵抗ä低減
（ 1）
ドレイン電流（ A）
特 集
ŕčŜÞěsıľČsŔIJŀŕsıÝ電界緩和Ĉ行ºh目
5 10 15 20 25 30
50
ä耐圧Ĉ低下ËÑāÉÞàÅ n−đĽĨĖĠŌŔ層ä比抵
30
V g ＝−4 V
抗Ĉ下ÈāÉÞÂ可能ݸāg一方hn− đĽĨĖĠŌŔ
20
層ä比抵抗å同一ĪĬŀ上á形成ËĂā横型İĹčĢä特
V g ＝−3 V
10
V g ＝−2 V
0
0
ドレイン電圧（V）
擬平面接合ä技術Ĉ用ºāÉÞáþĀhVDMOSFET
V g ＝−5 V
40
V g ＝0 ∼−1 V
5 10 15 20 25 30
−ドレイン電圧（V）
（c）中耐圧 n チャネル MOSＦＥＴ
（d）中耐圧 p チャネル MOSＦＥＴ
性áø影響Ĉ与¾āg本設計Ýå両者ä特性Ĉ考慮á入Ă
Ü最適à条件Ĉ選択ÍhIJœľı抵抗Ĉ低減ÍÕg
,g ä最適化
（ 2）
図 6 中ä構造ĺŒŊsĨ ,g Ĉ伸æÏÉÞáþĀ p ĪŌ
ĶŔ拡散層間ä距離Â伸éāÕ÷h空乏層ä広ÂĀáþ
図
ā電流経路ä狭ôĀÂ緩和ËĂ JFET 抵抗Â低減ÝÃāg
出力段用 VDMOSFET の断面構造
一方hÉĂáþĀĤŔĽĬĪÂ大ÃÅàāÕ÷単位面積¸
ゲート
ソース
n+
n+
p+
ソース
n+
ÕĀäĪŌĶŔ密度Â低下Íh等価的áĪŌĶŔ抵抗成分
n+
p+
p チャネル
Â上昇ÍÕÉÞáàāg本設計Ýå両者äıŕsIJēľ関
係Ĉ考¾最適à ,g 値Ĉ選択ÍhJFET 抵抗Ĉ低減ÍÕg
p ĪŌĶŔčēŜ注入ä条件最適化
（ 3）
p ĪŌĶŔčēŜ注入条件ä調整áþĀĪŌĶŔ抵抗分
n−エピタキシャル層
Ĉ低減ÏāÉÞÂÝÃāÂh同時á耐圧Â低下Ïāg本設
n+基板
ドレイン
（ａ）従来設計ＶＤＭＯＳＦＥＴ
ゲート
ソース
n+ p+ n+
ソース
ゲート
ソース
n+ p + n +
図
出力段用 VDMOSFET 抵抗成分の内訳
電流経路
Lg
n+ p+ n+
n+ p+ n+
p チャネル
p チャネル
p チャネル
n−エピタキシャル層
ＪＦＥＴ抵抗
n+基板
ドリフト抵抗
ドレイン
（ｂ）本設計ＶＤＭＯＳＦＥＴ
（ 72 ）
チャネル抵抗
p チャネル
n−エピタキシャル層
n+ 基板
富士時報 6OL.O
図
自動車用 IPS デバイス技術
上 記 施 策 ä 結 果h 本 設 計 ä VDMOSFET å 従 来 ä
出力段用 VDMOSFET の出力特性
VDMOSFET Þ 比 較 Íh 耐 圧 Ĉ 同 程 度 á 維 持 Í Õ ô ô
2onj! Ĉ 25 % 低減ÍÕg
図 7 á本開発áÀÇā出力段用 VDMOSFET ä出力特性
ドレイン電流（mA）
5
V g ＝5 V
Ĉ示Ïg
4
V g ＝4 V
3
2
適用例
V g ＝3 V
図 8 á新開発äİĹčĢ技術Ĉ適用ÍÕ IPS äĪĬŀ外
V g ＝0 ∼ 1 V
1
観Ĉ示Ïg本ĪĬŀå以下á示Ï機能Ĉ搭載ÍÕ IPS Ý
V g ＝2 V
0
0
10
20
30
40
50
60
70
ドレイン電圧（V）
¸āg
過電流j過熱検出機能áþā負荷短絡保護
（a）
（b）
負荷状態j保護状態出力ĢįsĨĢ端子
出力段駆動回路
（c）
図
新開発のデバイス技術を適用した IPS のチップ外観
あとがき
本稿Ýåh新ÍÅ開発ÍÕ自動車用 IPS İĹčĢ技術Ĉ
紹介ÍÕgÉä技術åhēŜ抵抗低減化技術Þ回路微細化
技術Ĉ融合Íh製品ä小型化j低ĜĢı化á有効àİĹ
čĢ技術ݸāg今後åÉä技術Ĉ活用Íh魅力¸ā IPS
製品群Ĉ開発Íh社会á貢献Ïā所存ݸāg
参考文献
徳西弘之ñÁiĺŘs MOSFET‡SuperFAP-G Ġœsģˆ
（ 1）
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
（ 2）
vol.76, no.10, 2003, p.601-605.
計Ýå両者äıŕsIJēľ関係Ĉ考¾最適ä p ĪŌĶŔ
čēŜ注入条件ä調整Ĉ選択ÍhĪŌĶŔ抵抗Ĉ低減ÍÕg
熊谷直樹ñÁi自動車用自己分離型統合ĺŘs IC 技術i
（ 3）
富士時報ivol.76, no.10, 2003, p.622-625.
（ 73 ）
特 集
6
富士時報 6OL.O
SiC パワー MOSFET 用トレンチ形状制御技術
特 集
河田 泰之}ÁąÖeúÏüÃ~
俵 武志}ÕąÿeÕÇÍ~
中村 俊一}àÁöÿeÍûĉº×~
一方hSi ıŕŜĪİĹčĢÝå水素}H2~雰囲気Ý高
まえがき
温ċĴsŔÏāÉÞÝıŕŜĪ形状ú平滑性Ĉ改善ÝÃā
，
（ 1）
（ 2）
世界äđĶŔės消費量å増大ä一途ݸĀh地球環境
ÉÞÂ知ÿĂܺāgÍÁÍ SiC å高温Ýø安定ݸāÕ
å着実á悪化Íܺāg環境Ĉ守Āh人類Â持続可能à発
÷hÉäþ¼à取組õĈÍÕÞº¼報告åàºg本報告Ý
展Ĉ遂ÈāáåđĶŔėsä高効率利用Â重要ݸāgÍ
åhSiC ıŕŜĪĈ高温ÝċĴsŔÍhŀŖĤĢä最適化
ÕÂÙÜhĺŘsđŕĘıŖĴĘĢä役割å重要ÝhÓ
áþĀıŕŜĪ形状制御Þ内壁ä平滑性Ĉ同時á改善Ïā
ä中心ݸāĺŘs半導体İĹčĢä飛躍的à発展Â望ô
技術ä検討Ĉ行ÙÕg
ĂܺāgĠœĜŜ}Si~Ĉ用ºÕĺŘs半導体İĹčĢ
å特性限界Â近ÛÃÚÚ¸āÞ言ąĂā中hSJ-MOSFET
実験方法
}Super Junction Metal - Oxide - Semiconductor FieldEffect Transistor~
hFS-IGBT}Field Stop Insulated Gate
試料ä作製方法å 4H-SiC}457 Ńsġä‡解説ˆ参照~
Bipolar Transistor~àßä技術開発áþĀ特性改善Ĉ行Ù
基板}8 ēľ C 面~á SiO2 膜Ĉ 2 –m ä膜厚Ý成膜ÍÕ
ÜÃÕÂhÉĂ以上ä改善å難ͺ領域á達ÍÚÚ¸āg
後h線幅 1 v 3 –m ÝŕġĢıĈĺĨsĴŜęÍÕg次á
ĠœĜŜÞ炭素ä化合物ݸāĠœĜŜĔsĹčı}SiC~
ŕġĢıĈŇĢĘÞÍÜIJŒčđĬĪŜęáþĀ SiO2 Ĉ
å Si á比ï優ĂÕ諸物性Ĉ持×h高耐圧h低ēŜ抵抗h
ĺĨsĴŜęÍÕgŕġĢıäåÅ離後h今度å SiO2 Ĉ
低損失h高速動作Ĉ実現ÝÃāgSiC İĹčĢÂ実用化Ë
ŇĢĘÞÍÜ SiC ĈIJŒčđĬĪŜęÍÕgđĬĪŜę
ĂĂæ電源ä小型化h低損失化h高温動作}冷却機構ä簡
深Ëå 3 v 8 –m ݸāgľĬ酸Ý SiO2 膜ĈåÅ離ÍÕ
素化~Â可能Ýh電力đĶŔėsä有効利用Â可能Þàāg
後h2,200 ℃程度ôÝ昇温可能à CVD}Chemical Vapor
SiC Ĉ用ºÕİĹčĢÞÍÜåĠŐĬıĖsĹœōĩč
Deposition~装置Ĉ使ÙÜ 1.5 v 760 Torr ä圧力ÝhċŔ
ēsIJÂ一部市販ËĂܺāgĢčĬĪŜęİĹčĢÞÍ
h水素}H2~
ĝŜ}Ar~
hĠŒŜ添加äċŔĝŜ}SiH4/Ar~
Üå MOSFET Â多Å研究ËĂܺāÂhôÖ実用化ËĂ
雰囲気中Ý 1 v 30 分間äċĴsŔĈ行ÙÕg評価áå走
ܺàºgıŕŜĪ型 MOSFET}UMOSFET~åŀŕs
査型電子顕微鏡}SEM~ÝċĴsŔ前後äıŕŜĪ内壁
ij型á比ï低ēŜ抵抗化Â期待ÝÃāÂhSiC 特有äIJŒ
Þ断面Ĉ観察Íh原子間力顕微鏡}AFM~Ý基板表面粗
čđĬĪŜę技術Â必要ݸāgSiC å物理的á硬Åh化
ËÞıŕŜĪ側壁粗ËĈ測定ÍÕg一部試料å X 線光電
学的á安定à難đĬĪŜę材料ݸĀh高密度ŀŒģŇ
子分光法}XPS~Ý基板表面ä SihC ä結合状態Þ組成Ĉ
Ĉ用ºÕđĬĪŜę装置ÝøhđĬĪŜęŕsıÂ遅Åh
分析ÍÕg
đĬĪŜę形状ä制御ø困難àÕ÷ݸāgIJŒčđĬĪ
ŜęáþĀ形成ËĂÕıŕŜĪ側壁ú底面áå表面荒ĂÂ
結果と考察
見ÿĂh開口部áå鋭角à部分Â存在ÏāgUMOSFET
.
ÝåıŕŜĪ側壁áĪŌĶŔĈ形成ÏāÕ÷hÓä平滑性
アニール圧力依存性
å電子移動度á影響Ĉ与¾hıŕŜĪá鋭角部分¸āÞ
Ar 雰 囲 気 中 1,700 ℃ Ý 圧 力 Ĉ 1.5 Torrh80 Torrh
電界集中áþā耐圧低下Ĉ招ÅgÓäÕ÷hıŕŜĪ内壁
760 Torr á変化ËÑÜċĴsŔÍÕıŕŜĪä断面Àþ
ä平滑化àÿéáıŕŜĪ開口部ú底部äĜsij形状ä丸
é平面 SEM 写真Ĉ図 1 á示Ïg
÷}ŒďŜIJ~Â必要ݸāgÍÁÍàÂÿhIJŒčđĬ
図 1（a）
áıŕŜĪđĬĪŜę後ċĴsŔàÍäıŕŜĪ
ĪŜę条件ä最適化ÖÇÝå理想的à形状ú平滑性Ĉ得ā
断面ÞıŕŜĪ底部Ĉ示ÏgċĴsŔàÍÝåhıŕŜĪ
äå難ͺg
開口部äĜsijåñò直角ÝıŕŜĪ底部ø荒Ăܺā
（ 74 ）
河田 泰之
俵 武志
中村 俊一
ĕĢĤŜĞh磁気記録媒体h半導
ĺŘs半導体ä開発á従事g現在h
ŘčIJėŌĬŀ半導体ä研究開発
体ä開発á従事g現在h富士電機
富士電機İĹčĢįĘķŖġs株
á従事g現在h富士電機İĹčĢ
İĹčĢįĘķŖġs株式会社電
式会社電子İĹčĢ研究所gŀŒ
įĘķŖġs株式会社電子İĹč
子İĹčĢ研究所gĪsʼnœs
ģŇj核融合学会会員h応用物理
Ģ研究所g工学博士g応用物理学
ĩsg応用物理学会会員g
学会会員g
会会員g
富士時報 6OL.O
図
SiC パワー MOSFET 用トレンチ形状制御技術
Ar 雰囲気中 1,700 ℃でアニールした SiC トレンチ形状
図
の圧力依存性
性
（b）Ar（1.5 Torr）
（c）Ar（80 Torr）
（d）Ar（760 Torr）
（a）アニールなし
断面
1 m
1 m
平面
平面
図
（b）Ar（80 Torr） （c）SiH4/Ar（80Torr） （d）H2（80 Torr）
断面
SiC 表面の C1s ピークの XPS 測定結果
図
SiH4/Ar 雰囲気中アニールでの SiC トレンチ形状の温度
依存性
C1s
グラファイト
（a）アニールなし
（b）1,500 ℃
（c）1,600 ℃
（d）1,700 ℃
（e）1,800 ℃
断面
1 m
SiC
平面
1.5 Torr
80 Torr
760 Torr
アニールなし
295
290
285
280
結合エネルギー（eV）
Ĝsij形状ÂŒďŜIJÍhıŕŜĪ底ø平滑áàÙܺāg
ÍÁÍhH2 ÝċĴsŔÍÕ試料åıŕŜĪ底å平滑áàÙ
ܺāÂhıŕŜĪ開口部Àþé側壁付近ÂÁàĀđĬĪ
（ 3）
äÂ分Áāg1,700 ℃ä Ar 中ÝċĴsŔÏāÞh1.5 Torr
ŜęËĂÜÍôÙܺāäÂ分ÁāgH2 雰囲気中 1,700 ℃
ÝåıŕŜĪ形状úıŕŜĪ底表面ä変化å少àºÂh
ÝåıŕŜĪ側壁ĈÁàĀđĬĪŜęÍÜÍô¼Õ÷h温
80 Torr Þ 760 Torr ÝåıŕŜĪ開口部äĜsijÂŒďŜ
度ä最適化Â必要ݸāgSiH4/Ar 雰囲気中ċĴsŔä場
IJÍhıŕŜĪ底ø平滑áàÙܺāäÂ分Áāg
合Þ H2 雰囲気中ċĴsŔä場合ÝċĴsŔ温度ä最適化
図 2 áÉĂÿ試料ä基板表面Ýä C ä XPS 測定結果Ĉ
áÚºÜ次á検討ÍÕg
示ÏgċĴsŔàÍh80 Torrh760 Torr ÝċĴsŔÍÕ
試料å SiC á起因Ïā結合đĶŔės値áĽsĘÂ見ÿ
.
SiH4/Ar 雰囲気中アニールでの温度依存性
ĂāÂh1.5 Torr ÝċĴsŔÍÕ試料å高đĶŔės側á
SiH4/Ar 雰囲気中 80Torr Ý温度Ĉ 1,500 ℃Áÿ 1,800 ℃
ĽsĘÂĠľıÍܺāgÉĂåęŒľĊčıäĽsĘÝ
ôÝ変¾ÜċĴsŔÍÕıŕŜĪä断面Àþé平面 SEM
¸Āh1.5 Torr ÝċĴsŔÏāÞ Si Â基板表面Áÿ昇華
写真Ĉ図 4 á示Ïg
Íh表面åñò C äõáàāÉÞÂ確認ËĂÕgÉĂÿ
ċĴsŔ温度ä上昇á伴ÙÜıŕŜĪ開口部äĜsij
ä結果Áÿh低圧ÝåıŕŜĪ形状ú平滑性Ĉ改善ÏāÉ
ÂŒďŜIJÍhıŕŜĪ底ä表面粗Ëø減少Íh平滑á
ÞåÝÃÐhċĴsŔ圧力å 80 Torr 以上Â適切Þ考¾ÿ
àāäÂ分ÁāgıŕŜĪĜsijĈŒďŜIJËÑāáåh
Ăh以後ä実験å 80 Torr Ý行ÙÕg
1,700 ℃ 以 上 ä 温 度 Â 必 要 Ý ¸ āg 平 面 SEM 写 真 Á ÿ
1,700 ℃以上ÝċĴsŔÍÕ基板表面åĢįĬŀĹŜĪŜ
.
アニール雰囲気依存性
ę}原子ĢįĬŀä集合áþā波打×現象~Â観察ËĂÕg
1,700 ℃ä温度Ý圧力Ĉ 80 Torr áÍhċĴsŔ雰囲気
ÉĂå 8 ēľä基板áþāøäÝhċĴsŔáþĀ研磨
Ĉ ArhSiH4/ArhH2 á変¾ÜċĴsŔÍÕıŕŜĪä断
Ý入ÙÕèÐõÂ開放ËĂÕÕ÷Þ考¾ÿĂāgAFM Ý
面Àþé平面 SEM 写真Ĉ図 3 á示Ïg
基板表面ä粗ËĈ測定ÏāÞh温度Â高ºñß荒Ăāä
Ar Þ SiH4/Ar 雰囲気中ÝċĴsŔÍÕ試料åıŕŜĪ
Â観察ËĂÕgÉä結果ÁÿıŕŜĪĜsijĈŒďŜIJË
（ 75 ）
特 集
（a）アニールなし
1,700 ℃でアニールした SiC トレンチ形状の雰囲気依存
富士時報 6OL.O
SiC パワー MOSFET 用トレンチ形状制御技術
ÑhıŕŜĪ底Ĉ平滑áÍh基板表面粗ËĈ低減Ïāáå
.
1,700 ℃Â適当ݸāg
SiH4/Ar と H2 の 2 段アニール効果
.
H2 雰囲気中アニールでの温度依存性
雰囲気中ċĴsŔhıŕŜĪ形状Ĉ変¾Ð基板表面Ĉ平
H2 雰囲気中 80 Torr Ý温度Ĉ 1,400 ℃Áÿ 1,700 ℃ôÝ
滑áÏāáå低温ä H2 ċĴsŔÂ有効ݸāgÉä結果
変化ËÑÜċĴsŔÍÕıŕŜĪä断面Àþé平面 SEM
ÁÿhSiH4/Ar 雰囲気中ċĴsŔÝıŕŜĪĜsijĈŒď
写真Ĉ図 5 á示Ïg
ŜIJËÑhıŕŜĪ内壁Ĉ平滑áÍÕ後hËÿá H2 雰囲
ċĴsŔ温度Â高Åàāá従ºıŕŜĪ底ä平滑性å
気中ċĴsŔÏāÉÞÝ基板表面Ĉ平滑áÝÃàºÁ検討
向上ÏāÂh1,600 ℃以上ÝċĴsŔÏāÞ側壁ÂđĬĪ
ÍÕg 図 7 á SiH4/Ar 雰囲気中Ý 1,700 ℃ 10 分ċĴsŔ
ŜęËĂhıŕŜĪ幅Â広ÂāÉÞÂ確認ËĂÕgôÕh
ÍÕ後hH2 雰囲気中Ý 1,500 ℃ 10 分ċĴsŔÏā 2 段ċ
1,500 ℃以下ÝåıŕŜĪĜsijĈŒďŜIJËÑāÉÞå
ĴsŔĈÍÕ場合äıŕŜĪä断面Àþé平面 SEM 写真
ÝÃàºÉÞø分ÁÙÕgAFM Ý基板表面ä粗ËĈ測定
Ĉ示Ïg
ÏāÞhßä温度Ýø RMS}二乗平均粗Ë~å 0.3 nm 以
下ÝhċĴsŔáþÙÜ基板ä荒Ăå発生ÍàÁÙÕg
ıŕŜĪĜsijå曲率半径 0.6 –m áŒďŜIJÍhıŕ
ŜĪ底ø非常á平滑áàÙܺāäÂ分ÁāgAFM Ý
基板表面ä粗ËĈ測定ÍÕ結果hRMS å 1.59 nm ôÝ改
.
アニール条件と基板表面粗さ
図 6 á ArhSiH4/ArhH2 雰囲気Ý温度Ĉ変¾ÜċĴs
図
2 段アニールによるトレンチ形状の改善
ŔÍÕ場合ä SiC 基板表面粗ËĈ AFM Ý測定ÍÕ結果Ĉ
示Ïg分析範囲å 10 –m 角ݸāg
アニールなし
ċĴsŔ温度Â高ÅàÙÜø H2 ċĴsŔÝå基板表面
1 m
å非常á平滑ݸāÂhSiH4/Ar ċĴsŔÝå温度ä上昇
á伴ºĢįĬŀĹŜĪŜęÂ発生ÍhRMS å急激á悪化
ÍÕg同Î温度Ýå Ar ä場合á最ø表面Â荒ĂāÉÞÂ
分Áāg
2 段アニール後
図
H2 雰囲気中アニールでの SiC トレンチ形状の温度依存性
（a）アニールなし
（b）1,400 ℃
（c）1,500 ℃
（d）1,600 ℃
（e）1,700 ℃
断面
1 m
平面
図
図
2 段アニールによるトレンチ側壁の改善
アニールなし
2 段アニール後
RMS＝8.49 nm
RMS＝0.41 nm
各アニール条件での表面粗さ
7
表面粗さ RMS（nm）
特 集
ıŕŜĪĜsijĈŒďŜIJËÑāáå高温ä SiH4/Ar
6
Ar
5
4
SiH4/Ar
3
2
1
80 Torr-1min
H2
0
1,200 1,300 1,400 1,500 1,600 1,700 1,800 1,900
アニール温度（℃）
（ 76 ）
富士時報 6OL.O
図
SiC パワー MOSFET 用トレンチ形状制御技術
2 段アニール前後のトレンチ形状，寸法の変化
ıŕŜĪ幅ú深ËĈ変¾āÉÞàÅhıŕŜĪĜsijä
適度àŒďŜIJÞ半円状äıŕŜĪ底形状Â実現ÝÃܺ
状Þ比較ÍÜø遜色}ÓĉÍýÅ~àºŕłŔôÝ改善Ë
1 m
1 m
Ăܺāg
4 m
4 m
あとがき
SiC áIJŒčđĬĪŜęÝ形成ÍÕıŕŜĪä形状改善
Þ内壁ä平滑性ä向上áÚºÜh高温ċĴsŔä効果Ĉ
検討ÍÕg圧力 80 Torr Ý SiH4/Ar 雰囲気中 1,700 ℃Ýċ
アニールなし
2 段アニール後
ĴsŔÏāÉÞÝıŕŜĪĜsijĈŒďŜIJËÑhıŕŜ
Ī内壁ø平滑áÏāÉÞÂÝÃÕgÍÁÍàÂÿh基板表
面åĢįĬŀĹŜĪŜęáþĀ表面荒ĂÂ発生ÍÕg一
善ËĂܺāÉÞÂ確認ÝÃÕgÉäþ¼á 1,700 ℃ä
方h圧力 80 Torr Ý H2 雰囲気中 1,500 ℃ÝċĴsŔÏāÞ
SiH4/Ar ċĴsŔÞ 1,500 ℃ä H2 ċĴsŔĈ連続Ý行¼
ıŕŜĪ形状Ĉ変¾āÉÞàÅ平滑性ÖÇ改善ËĂāÉÞ
ÞhıŕŜĪĜsij形状改善Þ基板ä平滑性Ĉ向上ËÑā
Â確認ÝÃÕgıŕŜĪ形状改善Þ平滑性Ĉ両立ËÑāÕ
ÉÞÂÝÃāg
÷ SiH4/Ar 雰囲気中ċĴsŔÞ H2 ċĴsŔĈ 2 段階á連
図 8 á SiH4/Ar Þ H2 ä 2 段ċĴsŔĈ行ÙÕ試料äċ
続ÍÜ行¼ÉÞÝhıŕŜĪĜsij形状ÞıŕŜĪ内壁ä
ĴsŔ前後ÝäıŕŜĪ側壁ä平滑性ĈhSEM Þ AFM
平滑性hËÿá基板表面ä平滑性ø同時á改善ÝÃāÉÞ
áþÙÜ評価ÍÕ結果Ĉ示Ïg
Â分ÁÙÕgSiC ıŕŜĪ形成後h高温ÝċĴsŔÏāÉ
本試料äõıŕŜĪ深Ëå 8 –m ÝhAFM ä分析範囲
å 1 –m 角ݸāgċĴsŔ前hÏàą×đĬĪŜę直
ÞÝ SiC-UMOSFET ä耐圧Þ電子移動度ä向上Ĉ達成Ý
ÃāÞ考¾ÿĂāg
後äıŕŜĪ側壁åhSEM Ý観察ÍÜøÁàĀ荒Ăܺ
āäÂ確認ÝÃāgAFM Ýø大Ãà凹凸Â筋状á見ÿ
ĂhRMS å 8.49 nm ݸÙÕgċĴsŔ後äĞŜŀŔåh
参考文献
Kuribayashi, H. et al. Investigation of Shape Trans（ 1）
SEM Ýå荒ĂÂ分Áÿàºñß平滑ݸÙÕgAFM Ý
formation of Silicon Trenches during Hydrogen Annealing.
ø非常á平滑àÉÞÂ確認ËĂhRMS ø 0.41 nm ôÝ低
Jpn. J. Appl. Phys. vol.43, no.4A, 2004, p.L468-470.
減Íܺāg2 段ċĴsŔáþĀhıŕŜĪ側壁å非常á
平滑áàÙܺāÉÞÂ確認ÝÃÕg
Sudoh, K. et al. Numerical Study on Shape Trans（ 2）
formation of Silicon Trenches by High - Temperature
Hydrogen Annealing. Jpn. J. Appl. Phys. vol.43, no.9 A, 2004,
.
微細トレンチへの 2 段アニールの適用
p.5937-5941.
微細àıŕŜĪĞčģ}幅~Ý 2 段ċĴsŔä効果Ĉ検
Karlsson, S. ; Nordell N. AFM Study of In Situ Etching of
（ 3）
証ÍÕg図 9 á 2 段ċĴsŔ前後äıŕŜĪ形状ÞıŕŜ
4H and 6H SiC Substrates. Mater. Sci. Forum vols.264-268,
ĪĞčģä比較Ĉ示Ïg
1998, p.L363-366.
解 説
4H-SiC
SiC}炭化Ěč素~áåh200 種類以上ä結晶構造
度Â高Åh移動度ä異方性Â小˺g高品質ä単結晶
Â確認ËĂܺāgÓä中Ý比較的発生確率Â高Åh
ďĐsĸø入手ÝÃāþ¼áàÙÜÃÕÉÞÁÿhĺ
実用面Ý研究Â進ĉݺāäåh3C-SiCh4H-SiCh
Řs半導体用基板ÞÍÜ近年h主á用ºÿĂāþ¼á
6H-SiC ݸāg
}最初ä数字å c 軸方向ä繰返Í周期h
àÙÕg
C å立方晶hH å六方晶Ĉ意味Ïā~
g
極性結晶ݸā SiC ä｛0001｝面Ĉ使¼場合áå Si 面
4H-SiC å 絶 縁 破 壊 電 界 Â Si ä 約 10 倍h Ĺ Ŝ IJ
Þ C 面Â選択ÝÃāg
面方位áþÙÜ SiC đĽĨĖĠŌ
ėŌĬŀÂ約 3 倍h飽和電子IJœľı速度Â約 2 倍h
Ŕ膜ä成長ú酸化速度àßÂ異àĀhİĹčĢä作製
熱伝導率Â約 3 倍Þ優ĂÕ物性Ĉ持×hĺŘs半導体
áß×ÿä面Ĉ用ºāÁå議論ä¸āÞÉăݸāg
材料ÞÍÜ有望ݸāg4H-SiC å 6H-SiC þĀ移動
（ 77 ）
特 集
āÉÞÂ確認ÝÃÕgSi ıŕŜĪİĹčĢäıŕŜĪ形
主要事業内容
電機システム部門
富士電機システムズ株式会社
富士電機機器制御株式会社
ドライブ分野［駆動制御，駆動システム，電源，車輌・特機］
，オートメーション分野［センサ，計測機器，コントローラ，
製造ソリューション，エネルギーソリューション，ソシオソリューション］
，産業プラント分野［産業電源，施設電機，電
鉄用変電，クリーンルーム］
，発電プラント分野［火力，原子力，水力］
，工事分野［電気設備工事，空調，給排水工事］
，
器具分野［電磁開閉器，マニュアル・モータ・スタータ，操作表示機器，配線用遮断器，漏電遮断器，高圧真空遮断器，
低圧・高圧ヒューズ，ガス警報器，エネルギー管理機器］
電子デバイス部門
富士電機デバイステクノロジー株式会社
半導体デバイス［パワー MOSFET， 電源制御 IC， IGBT モジュール， IGBT-IPM， 整流ダイオード， 圧力センサ］
，
ディスク媒体［アルミ媒体，ガラス媒体，アルミ基板］
，画像デバイス［感光体，画像周辺機器］
リテイルシステム部門
富士電機リテイルシステムズ株式会社 自動販売機［各種自動販売機］
，フードサービス機器［各種ディスペンサー，自動給茶機，冷蔵ショーケース］
，通貨機器［硬
貨識別装置（コインメカニズム）
，紙幣識別装置（ビルバリデータ）
，両替機，つり銭自動支払機，遊技場向け通貨関連機器，
非接触 IC カードシステム］
，コールドチェーン機器［店舗用各種ショーケース，店舗関連機器，店舗設計施工・保守］
＊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
81
巻
第
6
号
平 成
平 成
20 年 10 月 30 日
20 年 11 月 10 日
印 刷
発 行
定価 735 円 （本体 700 円・送料別）
編集兼発行人
山
発
行
所
富士電機ńsŔİČŜęĢ株式会社
技術j事業戦略本部 技術戦略室
〒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ˆ編集室
〒191-8502 東 京 都 日 野 市 富 士 町 1 番 地
富士電機情報ĞsļĢ株式会社
〒191-8502 東 京 都 日 野 市 富 士 町 1 番 地
印
刷
所
添
勝
電 話（042）585 − 6965
FAX（042）585 − 6247
電 話（042）587 − 5555
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
2008 Fuji Electric Holdings Co.，Ltd.，Printed in Japan（禁無断転載）
（ 78 ）
富士時報
総目次
6OL.O
富 士 時 報 VOL.81 2008（平成20年）総 目 次
No.1 技術成果と展望
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
新ͺ年Ĉ迎¾Ü
ĸčŒčı
富士電機ĠĢįʼnģ株式会社
発電ŀŒŜı
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 電機ŀŒŜı
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 制御ĠĢįʼn
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 水環境ĠĢįʼn
共通技術ŀŒĬıľĒsʼn
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 富士電機機器制御株式会社
ĠĢįʼnĜŜņsĶŜı
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 富士電機İĹčĢįĘķŖġs株式会社
情報機器ĜŜņsĶŜı
半導体
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 富士電機œįčŔĠĢįʼnģ株式会社
流通機器ĠĢįʼn
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 富士電機ċIJĹŜĢıįĘķŖġs株式会社
技術開発j生産技術
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx No.2 特集 計測制御システム
新ͺ材料Þ計測制御技術 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 宮野健次郎 } 1 ~
若杉 繁実
木佐 一之 } 2 ~
xxxxxxxxxxxxxxxx 小塙明比古
長谷川正美 } 8 ~
計測制御ĠĢįʼnä現状Þ展望 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 垣堺 健
機械安全Þ機能安全îä取組õ ── Total Safety ──
新情報制御ĠĢįʼn‡MICREX-NXˆä機能拡充 xxxxxxxxxxxx 山野 景章
五十嵐 真
小林 祐介 }15~
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 松本 宏治
大井 章弘
中沢 親志 }20~
đĶŔėsŀŒŜıä最適運用ĠĢįʼn xxxxxxxxxxxxxxxx 小出 哲也
松本 宏治
北川 慎治 }24~
PID 最適調整技術
鉄鋼分野向Ç計算機ĠĢįʼnáÀÇā新ľŕsʼnŘsĘä適用 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 吉川 肇 }29~
医薬品業界向Ç FDA 21 CFR Part 11 á対応ÍÕ
xxxxxxxxxxxxxxxx 渡辺 大介
新情報制御ĠĢįʼn‡MICREX-NXˆ
灰溶融ŀŒŜı向Ç新情報制御ĠĢįʼn‡MICREX-NXˆ
小林 益之
若杉 繁実 }34~
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 野村 和朗 }39~
天然ĕĢĺčŀŒčŜä遠隔監視ĠĢįʼn xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 庄林 直樹 }43~
MICREX-SX Þ POD Ĉ核ÞÏā PLC 計装ĠĢįʼn xxxxxxxxxxxxxxxxxx 中間 倫之
野嶌 勝宏 }47~
čŜįœġĐŜı端末áþā現場情報収集ĠĢįʼnÞ
荻山 泰
町田 善信 }52~
新型差圧j圧力発信器‡FCX-AⅢĠœsģˆ xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 木代 雅巳
但田 憲彦 }56~
ÓĂĈ活用ÍÕĸčŕłŔ管理 xxxxxxxxxxxxxxxxxxx 相馬 寛
新型可搬型超音波流量計‡ņsĨľŖs Cˆ
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 矢尾 博信
山田 和行 }60~
ŇŔĪŔsŀjŋġŎsŔ型調節計‡PUMˆ
xxxxxxxxxxxxxx 小西 英之
安藤 淳
河合富貴子 }64~
ŃsĺsŕĢ記録計‡PHRˆ
‡PHWˆ xxxxxxxxxxxxxxxxxx 篠田 正紀
今野 久洋
西島 淳一 }68~
直接挿入ŕsğ方式ĕĢ分析計‡ZSSˆ xxxxxxxxxxxxxxxxx 金井 秀夫
中村 裕介
小泉 和裕 }73~
直接挿入形ġŔĜĴċ式酸素計‡ZFK8/ZKMˆ
xxxxxxxxxxxxx 加藤 修久
宇津木喜弘
乾 貴誌 }77~
富士時報
総目次
6OL.O
No.3 特集 1 エネルギーソリューション／特集 2 低圧受配電・開閉機器および監視制御機器
特集1 エネルギーソリューション
đĶŔėsĦœŎsĠŐŜ特集á寄ÑÜ xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 納富 信 } 1 ~
đĶŔėsĦœŎsĠŐŜä現状Þ展望 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 大橋 一弘
中西 要祐 } 2 ~
ċŋŔľĊĢ太陽電池ä応用Þ展開 xxxxxxxxxxxxxxxxxx 桑山 仁平
林 一彦
大田 洋充 } 6 ~
Āĉ酸形燃料電池ä現状Þ今後ä展開 xxxxxxxxxxxxxxxxx 腰 一昭
中島 憲之
堀内 義実 }10~
風力発電向Ç電力安定化装置 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 淺沼 圭司
須﨑 久晴
神通川 亨 }15~
{次世代øäÚÅĀ基盤|áþā省đĶŔės xxxxxxxxxxxxxx 宮村 尚孝
白井 英登
項 東輝 }19~
中国ä浙江大学Þä共同研究áþā電力品質ĦœŎsĠŐŜxxxxxxxx 小林 直人
趙 栄祥
湯谷 浩次 }25~
配電自動化ĠĢįʼnä最新技術動向 xxxxxxxxxxxxxxxxxx 松田 秀樹
金澤 康久
小島 浩 }30~
標準ĩʼn管理ĠĢįʼnÞ広域運用技術 xxxxxxxxxxxxxxxxx 堂本 宗宏
早福 正明
高橋 省 }34~
đĶŔėsĦœŎsĠŐŜĈ支¾āŒčľĞčĘŔĞsļĢ xxxxxxx 中原 泰男
西山 和男
岩崎 哲之 }39~
特集2 低圧受配電・開閉機器および監視制御機器
低圧受配電j開閉機器Àþé監視制御機器ä現状Þ展望 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 久保山勝典 }44~
ęŖsĹŔĭčŜĿŕsĔ‡G-Twin Ġœsģˆä
石動 秀樹 }49~
商品拡充Þ機能Ĉ高÷ā付属装置 xxxxxxxxxxxxxxxxxx 高橋 康弘
佐藤 佑高
ĜŇŜIJĢčĬĪä最新機器Þ技術 xxxxxxxxxxxxxxxxxx 清水 源広
町田 謹斎
小笠原 稔 }54~
受配電保護j監視機器‡F-MPC Ġœsģˆä最新機器Þ技術 xxxxxx 鹿野 俊介
町田 悟志
谷 敏明 }58~
使ºúÏËÂ向上Ïā音声ĕĢ警報器 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 長瀬 徳美 }62~
普通論文
情報j制御jđŜłİĬIJ技術Ĉ融合ÍÕ機電一体ĠĢįʼnä構築 xxxx 益子 洋一
峯尾 秀行
齊藤 智明 }65~
No.4 特集 1 磁気記録媒体／特集 2 感光体
特集1 磁気記録媒体
Ģıŕsġ技術ä発展Þ{øäÚÅĀ|xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 島津 武仁 } 1 ~
磁気記録媒体ä現状Þ展望 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 松尾 壮太
伊藤 芳昭 } 2 ~
ċŔň垂直磁気記録媒体用基板 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 貝沼 研吾
坂口 庄司
鄭 用一 } 5 ~
ċŔň垂直磁気記録媒体 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 酒井 泰志
武居 真治
原 直毅 } 8 ~
ĕŒĢ垂直磁気記録媒体 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 及川 忠昭
安宍 善史
上住 洋之 }12~
新ͺ高密度記録技術 ── ECC 媒体── xxxxxxxxxxxxxxx 竹野入俊司
李 図強
久保木孔之 }17~
新ͺ高密度記録技術 ──İČĢĘœsııŒĬĘŊİČċ── xxxx 佐藤 公紀
熊谷 明恭
片野 智紀 }22~
新ͺ高密度記録技術 ──熱ċĠĢı媒体── xxxxxxxxxxxx 渡辺 貞幸
由沢 剛
古田 旭 }25~
特集2 感光体
ċijŖęÁÿİġĨŔ電子写真îä感光体ä発展 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 陳 以南 }29~
感光体ä現状Þ展望 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 成田 満 }30~
有機感光体用材料技術 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 中村 洋一
北川 清三
鈴木信二郎 }34~
ŀœŜĨ用有機感光体 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 森田 啓一
池田 豊
田中 靖 }38~
İġĨŔ複写機用有機感光体 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 宮本 貴仁
高野 晋
濱田 修一 }43~
有機感光体ä生産技術 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 松橋 幸雄
郷原 達善 }47~
富士時報
総目次
6OL.O
No.5 特集 1 発電プラント／特集 2 MEMS
特集1 発電プラント
発電ŀŒŜı特集á寄ÑÜ xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 餘利野直人 } 1 ~
白川 正広 } 2 ~
発電技術ä現状Þ展望 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 藤原 正洋
須永 政孝
最新ä地熱ĨsļŜ xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 酒井 吉弘
岡 美樹
加藤 秀雄 } 6 ~
全含浸絶縁ĠĢįʼnĈ適用ÍÕ水素間接冷却ĨsļŜ発電機 xxxxxxx 新倉 仁之
井上 誠一
山崎 勝 }12~
最近ä海外経年火力発電設備áÀÇā再生技術 xxxxxxxxxxxxx 今市 悟
植村 光博
玉谷 寛 }17~
‡œsĘĹĢĨsˆáþā運転支援技術 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 坂梨 秀憲
明翫 市郎 }22~
最新ä水車技術Þ適用事例 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 早馬 弘
藤井 恒彰 }27~
揚水発電向Ç発電電動機ä技術 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 氏家 隆一
衛藤 浩史
小林 秀樹 }33~
遠隔ĸŜIJœŜę補助ĠĢįʼn ──三次元画像処理技術ä強化── xxx 富塚 千昭
神坐 圭介
高橋 浩 }39~
J-PARC 物質j生命科学実験施設向Ç機器ä完成
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 児玉 健光 }44~
特集2 MEMS
ÉĂÁÿä環境分野Þ安全j安心á寄与Ïā MEMS xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 楊 明 }49~
環境Þ安全j安心á寄与Ïā MEMS Þ今後ä取組õ xxxxxxxxxxxxxxxxxx 友高 正嗣
山下 悟 }50~
MEMS Ĉ支¾ā加工技術 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 武居 正彦
坂田 晃次
山下 悟 }54~
MEMS ä適用事例 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 清野 信子
武居 正彦
相馬 伸一 }58~
高精細画像検査装置Þ応用 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 外山 公一
井上 彰紀
本郷 保夫 }62~
各種ĤŜĞÞ無線技術ä融合áþāŏļĖĨĢ環境ä実現 xxxxxxxx 町田 潤一
相馬 伸一
福山 良和 }67~
普通論文
No.6 特集 半導体
半導体İĹčĢîä期待 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 嶋田 隆一 } 1 ~
半導体ä現状Þ展望 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 関 康和
高橋 良和
藤平 龍彦 } 2 ~
ĸčĿœĬIJ車ŋsĨ駆動用 IGBT ŋġŎsŔ xxxxxxxxxxxxx 市川 裕章
市村 武
征矢野 伸 } 6 ~
IGBT ĸčĺŘsŋġŎsŔ xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 西村 孝司
高宮 喜和
中島 修 }10~
IPM 用小型IJŒčĹ IC xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 森 貴浩
中森 昭
山村太久生 }15~
3
山田 忠則
新村 康 }19~
第 6 世代ĺŘs MOSFET‡SuperFAP-E 低 Qg Ġœsģˆ
xxxxxxx 荒木 龍
3S
原 幸仁
渡邉 荘太 }23~
自動車用ıŕŜĪ MOSFET xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 有田 康彦
中村 賢平
西村 武義 }27~
čŜįœġĐŜıĺŘs MOSFET xxxxxxxxxxxxxxxxxxx 岩田 英樹
岩水 守生
豊田 善昭 }30~
低待機電力擬似共振電源 IC‡FA5571 Ġœsģˆ
xxxxxxxxxxxx 丸山 宏志
手塚 伸一
渕先 寛教 }35~
臨界型 PFC 電流共振統合電源 IC‡FA5560Mˆ
xxxxxxxxxxxxx 園部 孝二
陳 建
手塚 伸一 }39~
xxxxxxx 久保山貴博
第 6 世代ĺŘs MOSFET‡SuperFAP-E 900 V Ġœsģˆ
高効率降圧ĜŜĹsĨ IC‡FA7743Nˆ xxxxxxxxxxxxxxxxx 大和 誠
山田谷政幸
一岡 明 }44~
携帯機器用ŇŔĪĪŌĶŔ電源 IC‡FA7763Rˆ
xxxxxxxxxxxxx 遠藤 和弥
大和 誠
一岡 明 }48~
高機能ŘŜĪĬŀčęijčĨ xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 石井 憲一
宮沢 繁美
山本 毅 }52~
自動車向Ç高地補正用小型大気圧ĤŜĞ xxxxxxxxxxxxxxxx 斉藤 和典
芦野 仁泰
栗又正次郎 }55~
IGBT ŋġŎsŔä損失j温度ĠňŎŕsĨ xxxxxxxxxxxxxx 高久 拓
五十嵐征輝
井川 修 }58~
伝導性 EMI ķčģäŋİœŜęÞ低減技術 xxxxxxxxxxxxxx 陳 清
高久 拓
五十嵐征輝 }63~
埋込õđĽĨĖĠŌŔ技術 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 栗林 均
山口 一哉
矢嶋 理子 }67~
自動車用 IPS İĹčĢ技術
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 豊田 善昭
原田 祐一
上西 顕寛 }70~
SiC ĺŘs MOSFET 用ıŕŜĪ形状制御技術 xxxxxxxxxxxxx 河田 泰之
俵 武志
中村 俊一 }74~
富士時報
6OL.O
総目次
富士時報論文抄録
半導体の現状と展望
関 康和
富士時報
高橋 良和
ハイブリッド車モータ駆動用 IGBT モジュール
藤平 龍彦
6OL.OP-（）
市川 裕章
富士時報
市村 武
征矢野 伸
6OL.OP-（）
環境問題Â大Ãà社会問題Þàā状況áàā中ÝhĺŘs半導体
ĸčĿœĬIJ車äËÿàā燃費改善ÞĜĢı低減äÕ÷áåčŜ
ÂÓä解決ä一端Ĉ担¾ā存在ݸāÞ期待Â大úgĺŘs半導
ĹsĨä小型化Þh回生ĿŕsĖáþāđĶŔės回収効率ä向上
体ä主à製品群ä現状Þ将来展望Ĉ述ïāgĺŘsŋġŎsŔÝåh
Â必要ݸĀhÉĂÿä市場Ĵsģá応¾āÕ÷á自動車用 IGBT
最新ä第 6 世代 IGBT‡V ĠœsģˆÀþé高耐圧大容量化îä動
ŋġŎsŔĈ開発ÍÕäÝ紹介Ïāg600 V 用 FS}ľČsŔIJĢ
向Ĉ述ïāgĺŘsİČĢĘœsıÝå高耐圧 MOSFET ä E3 Ġ
ıĬŀ~型ıŕŜĪěsı IGBT Ĉ適用ÍhčŜĹsĨ変換効率ä
œsģĈhĺŘs IC ÝåºÅÚÁä低損失化j小型化ä成果Ĉ紹
向上ÞŋġŎsŔĞčģä小型化Ĉ図ĀÚÚhĩčēsIJĪĬŀ
介Ïāg自動車用ıŕŜĪ MOSFET Ýå COC 技術搭載ä新製品
Ğčģ最適化áþĀ回生ĿŕsĖ動作時ä電力回収効率Ĉ改善ÍÕg
Ĉ紹介Ïāg
ôÕēŜĪĬŀ温度ĤŜĞĈ IGBT á内蔵Í過渡的à温度上昇á対
Ïā応答性Â向上ÍÕg
IPM 用小型ドライバ IC
IGBT ハイパワーモジュール
西村 孝司
富士時報
高宮 喜和
中島 修
6OL.OP-（）
森 貴浩
富士時報
中森 昭
山村 太久生
6OL.OP-（）
富士電機åh近年h地球温暖化Ĉ抑制ÏāÕ÷h化石化燃料Ĉ
地球環境保護äÕ÷áĺŘsİĹčĢäËÿàā小型化h高
使用Íàº新đĶŔės分野}風力j太陽光発電~ä市場Â急速á
効 率 化 Â 占 ÷ ā 役 割 å 大 Ã ºgIGBT}Insulated Gate Bipolar
伸éܺāg本分野îä適用ĈãÿºhU4 ĪĬŀĈ搭載Íh熱的
Transistor~駆動用äIJŒčĹ IC}Integrated Circuits~Ĉ一Úä
特性ä向上Þ耐環境性能Ĉ改善ÍÕ 1,200 V Àþé 1,700 V ä耐圧
ĺĬĚsġáŋġŎsŔ化ÍÕ IPM}Intelligent Power Module~
Ĉ持×h600 v 3,600 A ôÝä電流容量Ĉ持Ú大容量ä IGBT ĸč
áÀºÜhËÿàā高効率化h高機能化h低価格化h安定供給ä要
ĺŘsŋġŎsŔĈ新Õá開発ÍÕgĺĬĚsġåh130×140 mmh
求á応¾āÕ÷hIPM 用小型高性能IJŒčĹ IC Ĉ開発ÍÕäÝÓ
190×140 mm Ýh1 in 1 Àþé 2 in 1 ŋġŎsŔĈ構成Ïāg
ä概要Ĉ紹介Ïāg
第 6 世代パワー MOSFET
「SuperFAP-E3 900 V シリーズ」
第 6 世代パワー MOSFET
「SuperFAP-E3S 低 Qg シリーズ」
久保山 貴博
富士時報
山田 忠則
新村 康
6OL.OP-（）
ĢčĬĪŜę電源áÀÇā重要課題ݸā高効率化j低ķčģ化
荒木 龍
富士時報
原 幸仁
渡邉 荘太
6OL.OP-（）
ĢčĬĪŜę電源ä高効率j低ķčģä要求Â急速á高ôā中h
á対応ÍՇSuperFAP-E3 ĠœsģˆĈh2007 年á 500 v 600 V
ĢčĬĪŜęİĹčĢÞÍÜå低損失Þ低ķčģä両立Â必要不可
耐圧áÜ製品化ÍÕg今回h同Ġœsģä 900 V 耐圧品Ĉ開発ÍÕg
欠ݸāg今回開発ÍՇSuperFAP-E3S 低 Qg Ġœsģˆåhŀ
900 V ä高耐圧製品ݸāÕ÷h特áċĹŒŜĠĐ耐量hěsı電
ŕsij型 MOS 構造Ýä業界最小ä低ēŜ抵抗性能åÓäôôáh
圧 6GS äœŜėŜęáÚºÜ改善Íh低損失化á加¾壊ĂáÅÅh
ěsıĪŌsġ特性 Q g Ĉ従来比約 20 % 低減ÍhÁÚěčŜ特性
ÁÚ使ºúϺ製品Ĉ開発ÍÕg本稿ÝåhÓä‡SuperFAP-E3
g fs Ĉ最適化ÏāÉÞáþĀhĢčĬĪŜę損失Þķčģäıŕs
900 V Ġœsģˆä概要Ĉ紹介Ïāg
IJēľ改善Ĉ実現ÍÕgÉĂáþĀ電力変換効率向上Þ低ķčģĈ
両立ÍÕ電源ĠĢįʼnÂ容易á実現可能Þàāg
自動車用トレンチ MOSFET
有田 康彦
富士時報
中村 賢平
インテリジェントパワー MOSFET
西村 武義
6OL.OP-（）
岩田 英樹
富士時報
岩水 守生
豊田 善昭
6OL.OP-（）
電動ĺŘsĢįċœŜę用àÿéáĸčĿœĬIJ車àßä DC-
富 士 電 機 Ý åh 従 来 ä 高 機 能 MOSFET á 負 荷 断 線 検 出 回
DC ĜŜĹsĨ用ÞÍÜh低ēŜ抵抗性h高ěsıÍú値電圧
路 Þh 状 態 出 力 用 Ģ į s Ĩ Ģ 回 路 Ĉ 内 蔵 Íh ē Ŝ 抵 抗 Ĉ 従 来
特性h高信頼性Ĉ備¾ÕıŕŜĪ MOSFET 製品Ĉ系列化Íܺ
ä 600 mΩmax Á ÿ 350 mΩmax á 低 減 Í Õ 高 機 能 MOSFET
āg近年自動車ä低燃費化h環境負荷低減Ĉ目的ÞÍÜh自動車ä
‡F5060LˆĈ開発ÍÕg本製品åh擬平面接合}QPJkQuasi Plane
電装部品ä消費電力Ĉ低減ÏāÉÞÂ求÷ÿĂÜÀĀh自動車用
Junction~ďĐsĸŀŖĤĢ技術áþĀ低ēŜ抵抗化Ĉh第 3 世
MOSFET á対ÍÜËÿàā低ēŜ抵抗化Â要求ËĂܺāgÉä
代 1.5 –m 自己分離型ŀŖĤĢ技術áþĀ IC 回路ä微細化Ĉ図Āh
要求á対応ÏāÕ÷hıŕŜĪ構造ä設計ŔsŔĈ微細化ÍÕ新型
ĪĬŀä小型化Ĉ実現ÍÕg機能j性能ÂċĬŀÍÕáøÁÁąÿ
äıŕŜĪ MOSFET Ĉ開発Íܺāg
Ðh従来品Þ同ÎÅ SOP-8 ĺĬĚsġá 2 ĪŌĶŔ分äĪĬŀä
搭載Â可能ÞàÙÕg
!BSTRACTS&UJI%LECTRIC*OURNAL
)'"4-ODULEFOR(YBRID%LECTRIC6EHICLES
(IROAKI)CHIKAWA
4AKESHI)CHIMURA
3HIN3OYANO
4HE#URRENT3TATUSAND&UTURE/UTLOOKFOR0OWER
3EMICONDUCTORS
9OSHIKAZU4AKAHASHI
9ASUKAZU3EKI
4ATSUHIKO&UJIHIRA
&UJI%LECTRIC*OURNAL6OL.OP-
&UJI%LECTRIC*OURNAL6OL.OP-
7KH,*%7PRGXOHIRUK\EULGYHKLFOHVLQWURGXFHGKHUHLVDEOHWR
FRQWULEXWHWRUHGXFLQJWKHLQYHUWHUVL]HDQGLPSURYLQJWKHHQHUJ\HI
ÀFLHQF\E\PHDQVRIUHJHQHUDWLYHEUDNLQJ%\WKLVZHPHHWWKHQHHGV
IRUIXUWKHULPSURYHPHQWLQIXHOFRQVXPSWLRQDQGFRVWUHGXFWLRQRIK\
EULGYHKLFOHV 7KLVK\EULG,*%7PRGXOHKDVUHDOL]HGERWKRIWKHLPSURYHPHQW
RI LQYHUWHU FRQYHUVLRQ HIILFLHQF\ DQG WKH UHGXFWLRQ RI PRGXOH VL]H
E\ DSSO\LQJ ILHOGVWRS W\SH WUHQFKJDWH ,*%7 IRU 9 DSSOLFDWLRQ
)XUWKHUWKHSRZHUUHFRYHU\HIÀFLHQF\DWRSHUDWLRQRIDUHJHQHUDWLYH
EUDNHZDVLPSURYHGE\RSWLPL]LQJWKHIUHHZKHHOGLRGHFKLSVL]H$OVR
WKHUHVSRQVHRIWKHVHQVRUWRDWUDQVLHQWWHPSHUDWXUHULVHRIDQ,*%7
FKLSZDVLPSURYHGE\XVLQJWKHEXLOWLQRQFKLSWHPSHUDWXUHVHQVRULQ
,*%7
$V HQYLURQPHQWDO SUREOHPV HYROYH LQWR VHULRXV VRFLDO LVVXHV
SRZHUVHPLFRQGXFWRUGHYLFHVRIIHUSURPLVLQJVROXWLRQV7KHVWDWXVDQG
IXWXUHRXWORRNIRUWKHPDMRUSURGXFWJURXSVRISRZHUVHPLFRQGXFWRU
GHYLFHVDUHGHVFULEHG7KH9VHULHVRIWKHODWHVWWKJHQHUDWLRQ,*%7
DQGKLJKSRZHU,*%7PRGXOHVDUHLQWURGXFHG7KHQHZO\GHYHORSHG
(VHULHVRIKLJKYROWDJH026)(7VDQGVHYHUDOORZORVVDQGVPDOO
VL]HSRZHU,&VDUHLQWURGXFHG)LQDOO\&2&FKLSRQFKLSSDFNDJH
DVVHPEO\WHFKQRORJ\LVGHVFULEHGIRUQHZLQWHJUDWHGDXWRPRWLYHXVH
WUHQFK026)(7V
$EVELOPMENTOF#OMPACT$RIVER)#FOR)0-S
(IGH0OWER)'"4-ODULES
4AKAHIRO-ORI
!KIRA.AKAMORI
4AKUO9AMAMURA
9OSHIKAZU4AKAMIYA
4AKASHI.ISHIMURA
/SAMU.AKAJIMA
&UJI%LECTRIC*OURNAL6OL.OP-
&UJI%LECTRIC*OURNAL6OL.OP-
7KH IXUWKHU PLQLDWXUL]DWLRQ DQG LQFUHDVH LQ HIILFLHQF\ RI SRZHU
GHYLFHVSOD\DQLPSRUWDQWUROHLQSURWHFWLQJWKHJOREDOHQYLURQPHQW
,Q UHVSRQVH WR UHTXHVWV IRU KLJKHU HIILFLHQF\ KLJKHU SHUIRUPDQFH
ORZHUFRVWDQGVWDEOHVXSSO\LQ,30VLQWHOOLJHQWSRZHUPRGXOHVWKDW
LQWHJUDWHDQ,*%7GULYHU,&LQWRDVLQJOHSDFNDJHDVPDOOVL]HKLJK
SHUIRUPDQFHGULYHU,&IRU,30VKDVEHHQGHYHORSHGDQGLVLQWURGXFHG
LQWKLVSDSHU
0DUNHWVIRUQHZW\SHVRIHQHUJ\VXFKDVZLQGSRZHUDQGVRODU
SRZHUZKLFKGRQRWXVHIRVVLOIXHOVLQRUGHUWROLPLWJOREDOZDUPLQJ
KDYHEHHQJURZLQJUDSLGO\7DUJHWLQJDSSOLFDWLRQVLQWKLVQHZHQHUJ\
VHFWRU)XML(OHFWULFKDVUHGHYHORSHGKLJKSRZHU,*%7PRGXOHV7KH\
DUHHTXLSSHGZLWKWKH8FKLSLPSURYHGWKHUPDOFKDUDFWHULVWLFVDQG
HQYLURQPHQWDOUHTXLUHPHQWV7KH\KDYHUDWLQJYROWDJHRIDQG
9DQGKDYHUDWLQJFXUUHQWRIWR $7KHSDFNDJHGLPHQ
VLRQVDUHð PPRUð PPDQGDUHFRQÀJXUHGDVLQ
RULQPRGXOHV
3UPER&!0%3,OW1G3ERIES
3UPER&!0% 63ERIES
2YU!RAKI
9UKIHITO(ARA
3OTA7ATANABE
4AKAHIRO+UBOYAMA
4ADANORI9AMADA
9ASUSHI.IIMURA
&UJI%LECTRIC*OURNAL6OL.OP-
&UJI%LECTRIC*OURNAL6OL.OP-
'HPDQGIRUKLJKHUHIILFLHQF\RIVZLWFKLQJSRZHUVXSSOLHVLVLQ
FUHDVLQJUDSLGO\DQGWKHVLPXOWDQHRXVUHDOL]DWLRQRIORZVZLWFKLQJORVV
DQGORZQRLVHLVHVVHQWLDOIRUVZLWFKLQJGHYLFHV)XML(OHFWULF·VQHZO\
GHYHORSHG6XSHU)$3(6ORZ4JVHULHVUHDOL]HVDQLPSURYHGWUDGHRII
EHWZHHQVZLWFKLQJORVVDQGQRLVHGXHWRDUHGXFWLRQLQJDWHFKDUJH
4 JRIDSSUR[LPDWHO\FRPSDUHGWRSULRUGHYLFHVDQGRSWLPL]DWLRQ
RI JDLQ JIV ZKLOH PDLQWDLQLQJ WKH LQGXVWU\·V ORZHVW 21UHVLVWDQFH
ZLWKWKHSODQDUW\SH026VWUXFWXUHRIH[LVWLQJSURGXFWV0RUHRYHUD
V\VWHPZLGHLPSURYHPHQWLQSRZHUHIÀFLHQF\DQGDORZHUULVHLQWHP
SHUDWXUHZHUHUHDOL]HGDVDUHVXOWRIDSSOLFDWLRQ
WR 9SURGXFWVRIWKH6XSHU)$3(6HULHVZKLFKVXSSRUWV
WKHNH\FKDOOHQJHVRIKLJKHUHIILFLHQF\DQGORZHUQRLVHLQVZLWFKLQJ
SRZHUVXSSOLHVZHUHFRPPHUFLDOL]HGLQDQGD 9SURGXFWRI
WKHVDPHVHULHVKDVUHFHQWO\EHHQGHYHORSHG,QSDUWLFXODUVLQFHWKH
9SURGXFWLVDKLJKYROWDJHSURGXFWWKHDYDODQFKHUHVLVWDQFHDQG
JDWHYROWDJH9*6ZULQJLQJFKDUDFWHULVWLFVZHUHLPSURYHGDQGDQHDV\
WRXVHSURGXFWKDYLQJORZHUORVVDQGKLJKHUUHVLVWDQFHWRGDPDJHZDV
GHYHORSHG7KLVSDSHUSUHVHQWVDQRYHUYLHZRIWKH6XSHU)$3( 9
VHULHV
)NTELLIGENT0OWER-/3&%4
4RENCH-/3&%4FOR!UTOMOTIVE%LECTRIC3YSTEMS
(IDEKI)WATA
-ORIO)WAMIZU
9OSHIAKI4OYODA
9ASUHIKO!RITA
+ENPEI.AKAMURA
4AKEYOSHI.ISHIMURA
&UJI%LECTRIC*OURNAL6OL.OP-
&UJI%LECTRIC*OURNAL6OL.OP-
)XML(OHFWULFKDVGHYHORSHGDQLQWHOOLJHQWSRZHU026)(7
´)/µWKDWLQFRUSRUDWHVDQRSHQORDGGHWHFWLRQFLUFXLWDQGVWDWXV
RXWSXWFLUFXLWDQGUHDOL]HVORZHURQVWDWHUHVLVWDQFHRI PŸPD[
FRPSDUHGWRWKH PŸPD[RI)XML·VSULRUGHYLFH7KH)/UHDO
L]HVORZHURQVWDWHUHVLVWDQFHGXHWRTXDVLSODQHMXQFWLRQ43-ZDIHU
SURFHVVWHFKQRORJ\DQGILQHU,&FLUFXLWOLQHZLGWKVDQGVPDOOHUFKLS
VL]HGXHWRUGJHQHUDWLRQ —PVHOILVRODWLRQSURFHVVWHFKQRORJ\
(YHQZLWKWKHVHIXQFWLRQDODQGSHUIRUPDQFHHQKDQFHPHQWVDFKDQ
QHOFKLSFDQKRXVHGLQWKHFRQYHQWLRQDO623SDFNDJH
$WUHQFK026)(7SURGXFWVHULHVKDYLQJORZ21UHVLVWDQFHKLJK
JDWHWKUHVKROGYROWDJHDQGKLJKUHOLDELOLW\KDVEHHQGHYHORSHGIRUHOHF
WULFSRZHUVWHHULQJV\VWHPVDQGWKH'&'&FRQYHUWHUVLQK\EULGDX
WRPRELOHVDQGWKHOLNH$LPLQJWRLPSURYHIXHOHFRQRP\DQGWRUHGXFH
WKHHQYLURQPHQWDOORDGRIDXWRPRELOHVDUHGXFWLRQLQWKHFRQVXPSWLRQ
RIHOHFWULFSRZHUE\DXWRPRWLYHHOHFWULFDOFRPSRQHQWVLVVRXJKWDQG
HYHQORZHU21UHVLVWDQFHLVEHLQJUHTXHVWHGRI026)(7VIRUDXWRPR
WLYHXVH,QUHVSRQVHWRWKHVHUHTXHVWVDQHZW\SHRIWUHQFK026)(7
KDVEHHQGHYHORSHGZLWKÀQHUGHVLJQUXOHVIRUWKHWUHQFKVWUXFWXUH
低待機電力擬似共振電源 IC「FA5571 シリーズ」
丸山 宏志
富士時報
手塚 伸一
渕先 寛教
6OL.OP-（）
臨界型 PFC 電流共振統合電源 IC「FA5560M」
園部 孝二
富士時報
陳 建
手塚 伸一
6OL.OP-（）
近年h地球温暖化問題Â注目ËĂh液晶įŕļúēsİČē製品h
近年h電気製品全般Ýä省đĶŔėsú高調波規制ä要求Â厳Í
ĺĦĜŜàßä効率改善j待機電力低減Â重要à課題ÞàÙÜÀĀh
ÅàĀÚÚ¸Āh高調波電流Ĉ抑¾āÕ÷áċĘįČĿľČŔĨ方
国際đĶŔėsĢĨsŀŖęŒʼnàßä省đĶŔės基準øþĀ厳
式Â使ąĂhēľŒčŜĜŜĹsĨå高効率j低ķčģä電流共振
ͺøäîĹsġŐŜċĬŀËĂܺāg富士電機Ýåh低消費電
方式ä採用Â増¾ÚÚ¸āg富士電機Ýå今回h臨界型 PFC 制御
力化á有効à起動素子内蔵ĨčŀäĢčĬĪŜę電源用制御 IC ä
IC Þ電流共振制御 IC Ĉ統合ÍÕ電源 IC Ĉ開発ÍÕäÝÓä概要
系列化Ĉ進÷ܺāg本稿Ýåh電気製品ä待機状態ݸā軽負荷
Ĉ紹介ÏāgÉä IC ä電源評価ä結果h高力率j高効率j低ĢĨ
時ú無負荷時á間欠動作¸āºå周波数低減動作ĈÏāÉÞÝh待
ŜĹč電力用途ä電源ÞÍÜ適用可能ݸāÉÞĈ確認ÍÕg
機電力削減Ĉ可能ÞÏā擬似共振型制御 IC áÚºÜ紹介Ïāg
高効率降圧コンバータ IC「FA7743N」
大和 誠
富士時報
山田谷 政幸
一岡 明
6OL.OP-（）
近年hİġĨŔ家電ä急速à普及ú産業用市場ä拡大á伴ÙÜh
携帯機器用マルチチャネル電源 IC「FA7763R」
遠藤 和弥
富士時報
大和 誠
一岡 明
6OL.OP-（）
İġĨŔĢĪŔĔŊŒàßä携帯型電子機器å小型j軽量化h
製品ä高効率化h小型化h高信頼性h低電圧化Â求÷ÿĂÜÀĀh
ĹĬįœsáþā長時間動作Â求÷ÿĂܺāgÓĂá伴ºhÉ
降圧ĜŜĹsĨ IC áåÉĂÿä対応Â必要ÞàÙܺāg富士電
Ăÿä機器ä電源装置ø小型化h軽量化h低消費電流化h高効率化
機Ýå今回hÉĂÿä市場要求á対応Í従来機種þĀ高効率化h高
Â要求ËĂܺāg富士電機ÝåŇŔĪĪŌĶŔ電源用áhĺŘs
周波化h高信頼性化h低電圧化Àþé外付Ç部品削減Ĉ図āÕ÷h
MOSFET Ĉ内蔵ÍÕ同期整流j電流ŋsIJ制御対応ä 7 ĪŌĶŔ
45 V 耐圧Ý負荷電流 1.5 A äĸčĞčIJ n ĪŌĶŔ MOSFET 内蔵h
DC-DC ĜŜĹsĨ IC‡FA7763RˆĈ開発ÍÕg
電流ŋsIJ制御h位相補償内蔵hĻĔĬŀ動作ä降圧ĜŜĹsĨ
IC ä開発Ĉ行ÙÕäÝ紹介Ïāg
高機能ワンチップイグナイタ
石井 憲一
富士時報
宮沢 繁美
自動車向け高地補正用小型大気圧センサ
山本 毅
6OL.OP-（）
斉藤 和典
富士時報
芦野 仁泰
栗又 正次郎
6OL.OP-（）
自動車ä安全性h快適性h省đĶŔėsú環境問題îä対応ä
自動車産業áÀÇā環境îä取組õå規制強化ÞÞøá高ôÙÜ
Õ÷h車両構成部品ä多ÅÂ電子化ËĂܺāg自動車á搭載ËĂh
ÃÜÀĀh自動車äđŜġŜŇĶġŊŜıä高精度化j高効率化Þh
過酷à環境Ý使用ËĂāÉÞÁÿ高º信頼性Â要求ËĂāg富士電
ÓäĖsİĹčĢä一Úݸā圧力ĤŜĞä重要性Â高ôÙÜÃÜ
機Ýåh実車Ý想定ËĂāËôÌôà電気的ĢıŕĢú条件á対応
ºāg本稿Ýåh第 5 世代İġĨŔıœňŜę型圧力ĤŜĞĪĬŀ
ÏāÕ÷hčęijčĨ自身á保護機能Ĉ搭載Íh高機能化á取Ā組
Ĉ用ºÜh自動車Â高地Ĉ走行Ïā際ä高地補正用途ÞÍÜ用ºÿ
ĉÖgôÕh従来ä小型ĺĬĚsġĈ踏襲ÏāÕ÷áhēŜ電圧Ĉ
Ăā ECU 基板上á SMD}Surface Mount Device~ÞÍÜ搭載可
電源ÞÏā回路構成h微細化ŀŖĤĢĈ適用ÍÕčęijčĨĈ開発
能à小型大気圧ĤŜĞĈ開発ÍÕg開発ÍÕ製品åh実装面積Ý当
ÍÕg
社従来比約 65 % 低減Ĉ実現Íܺāg
IGBT モジュールの損失・温度シミュレータ
伝導性 EMI ノイズのモデリングと低減技術
高久 拓
富士時報
五十嵐 征輝
井川 修
6OL.OP-（）
陳 清
富士時報
高久 拓
五十嵐 征輝
6OL.OP-（）
半導体İĹčĢĈ使用ÍÕ電力変換装置ä製品開発áÀÇā熱
ĜŜĽŎsĨ技術úĠňŎŕsĠŐŜ技術ä発展áþĀh高º精
設計ä重要性Â高ôÙÜÀĀhčŜĹsĨ回路áÀÇā IGBT ŋ
度ÝķčģŕłŔÂ予測ÝÃh設計時間Â短縮ÝÃāg富士電機Ý
ġŎsŔä発生損失Þ温度上昇Ĉ一次元ä熱抵抗ŋİŔÁÿ容易á
å PSIM ĠňŎŕsĠŐŜĭsŔáþĀĜŋŜŋsIJ漏Ă電流Ĉ再
計算ÝÃāĠňŎŕsĨĈĹsġŐŜċĬŀÍh一般á公開ÍÕg
現ÝÃhĠňŎŕsĠŐŜÝäķčģ低減効果Þ実験結果Â一致Ï
ÉäĠňŎŕsĨåh以前äĹsġŐŜÞ比較ÍÜh①ĻsıĠŜ
āÉÞĈ確認ÍÕgËÿáh提案Ïā電圧型ċĘįČĿľČŔĨåh
Ęä熱抵抗Ĉ考慮ÍÕ計算機能h②実機ä運転ĺĨsŜĈ入力ÍÜ
ĜŋŜŋsIJ電圧ĈŋsĨ浮遊容量Þ接地ĜŜİŜĞÝ分圧ÍÕ大
損失j温度Ĉ連続的á計算Ïā機能Ĉ追加ÍÕgÉĂáþĀ富士電
ÃËÝþºÕ÷h小型化Þ低電圧化Ĉ図āÉÞÂÝÃāg
機 IGBT Ĉ用ºÕ装置ä実動作á基ÛºÕ計算Â可能ÞàÙÕg
&!-#OMBO)#FOR#RITICAL#ONDUCTION-ODE0&#
AND#URRENT2ESONANCE
+OJI3ONOBE
+EN#HEN
3HINICHI4EZUKA
,OW3TANDBY0OWER1UASIRESONANT0OWER3UPPLY
#ONTROLLER&!3ERIES
(IROSHI-ARUYAMA
3HINICHI4EZUKA
(IRONORI&UCHISAKI
&UJI%LECTRIC*OURNAL6OL.OP-
&UJI%LECTRIC*OURNAL6OL.OP-
,QUHFHQW\HDUVVWULFWHUVWDQGDUGVIRUHQHUJ\VDYLQJVDQGKDUPRQLF
UHJXODWLRQVDUHEHLQJUHTXHVWHGIRUDOOHOHFWULFSURGXFWVDFWLYHÀOWHULQJ
LVEHLQJXVHGWRVXSSUHVVKDUPRQLFFXUUHQWDQGKLJKO\HIÀFLHQWORZ
QRLVHFXUUHQWUHVRQDQFHPHWKRGVDUHLQFUHDVLQJO\EHLQJHPSOR\HGLQ
RIÁLQHFRQYHUWHUV7KLVSDSHUSUHVHQWVDQRYHUYLHZRI)XML(OHFWULF·V
QHZO\GHYHORSHGFRPER,&IRUFULWLFDOFRQGXFWLRQPRGH3)&DQGFXU
UHQWUHVRQDQFH7KHUHVXOWVRIDSRZHUVXSSO\HYDOXDWLRQRIWKLV,&
YHULÀHGLWVDSSOLFDELOLW\IRUKLJKSRZHUIDFWRUKLJKHIÀFLHQF\DQGORZ
VWDQGE\SRZHUDSSOLFDWLRQV
7KH LVVXH RI JOREDO ZDUPLQJ KDV JDUQHUHG DWWHQWLRQ LQ UHFHQW
\HDUVDQGHIIRUWVWRLQFUHDVHWKHHIILFLHQF\DQGUHGXFHWKHVWDQGE\
SRZHUFRQVXPSWLRQRI/&'79VDXGLRHTXLSPHQW3&VDQGWKHOLNH
KDYHEHFRPHNH\FKDOOHQJHVDQGHQHUJ\VDYLQJVSHFLÀFDWLRQVVXFKDV
,QWHUQDWLRQDO(QHUJ\6WDU3URJUDPDUHEHLQJXSJUDGHGWRVWULFWHURQHV
)XML (OHFWULF LV DGYDQFLQJ WKH GHYHORSPHQW RI D VHULHV RI VZLWFKLQJ
SRZHUVXSSO\FRQWUROOHU,&VWKDWLQFRUSRUDWHVWDUWLQJHOHPHQWVDQGWKDW
LVHIIHFWLYHLQUHDOL]LQJORZSRZHUFRQVXPSWLRQ7KLVSDSHUSUHVHQWV
)XML·VVHULHVRITXDVLUHVRQDQWSRZHUVXSSO\FRQWUROOHU,&VZKLFKUH
GXFHVWDQGE\SRZHUFRQVXPSWLRQE\RSHUDWLQJLQWHUPLWWHQWO\RUDWORZ
IUHTXHQF\GXULQJOLJKWORDGRUXQORDGHGVWDWHVZKLOHWKHHOHFWULFSURG
XFWLVLQLWVVWDQGE\VWDWH
-ULTI#HANNEL3WITCHING$#$##ONVERTER)#FOR
0ORTABLE%LECTRONIC%QUIPMENT
(IGH%FlCIENCY"UCK#ONVERTER)#
+AZUYA%NDO
-AKOTO/WA
!KIRA)CHIOKA
-AKOTO/WA
-ASAYUKI9AMADAYA
!KIRA)CHIOKA
&UJI%LECTRIC*OURNAL6OL.OP-
&UJI%LECTRIC*OURNAL6OL.OP-
3RUWDEOHW\SHHOHFWURQLFHTXLSPHQWVXFKDVGLJLWDOVWLOOFDPHUDVLV
UHTXLUHGWREHVPDOOLQVL]HOLJKWZHLJKWDQGWRDFKLHYHH[WHQGHGEDW
WHU\OLIHRSHUDWLRQ7KHSRZHUVXSSOLHVXVHGLQWKHVHGHYLFHVDUHDOVR
UHTXLUHGWREHVPDOOOLJKWZHLJKWDQGKDYHORZFXUUHQWFRQVXPSWLRQ
DQGKLJKHIÀFLHQF\)XML(OHFWULFKDVGHYHORSHGWKH)$5DFKDQ
QHO'&'&FRQYHUWHUWKDWLQFRUSRUDWHVDSRZHU026)(7DQGVXSSRUWV
V\QFKURQRXVUHFWLÀFDWLRQDQGFXUUHQWPRGHFRQWUROIRUPXOWLFKDQQHO
SRZHUVXSSOLHV
:LWKWKHUHFHQWDQGVXGGHQULVHLQSRSXODULW\RIGLJLWDOKRPHDSSOL
DQFHVDQGWKHH[SDQVLRQRIWKHPDUNHWIRULQGXVWULDOXVHGLJLWDOHTXLS
PHQWKLJKHUHIÀFLHQF\VPDOOHUVL]HKLJKHUUHOLDELOLW\DQGWKHDELOLW\
WRRSHUDWHDWORZHUYROWDJHDUHEHLQJUHTXLUHGRISURGXFWVDQGEXFN
FRQYHUWHU,&VPXVWVXSSRUWVXFKRSHUDWLQJUHTXLUHPHQWV,QUHVSRQVH
WRWKHVHPDUNHWUHTXLUHPHQWVDQGLQRUGHUWRDFKLHYHKLJKHUHIÀFLHQF\
KLJKHUIUHTXHQF\KLJKHUUHOLDELOLW\ORZHUYROWDJHDQGIHZHUH[WHUQDO
SDUWVWKDQSULRUPRGHOV)XML(OHFWULFKDVGHYHORSHGDKLFFXSRSHUDWLRQ
W\SHEXFNFRQYHUWHU,&WKDWLQFRUSRUDWHVDKLJKVLGHQFKDQQHO026
)(7KDYLQJDORDGFXUUHQWRIDW 9DQGDOVRKDVEXLOWLQFXUUHQW
PRGHFRQWURODQGSKDVHFRPSHQVDWLRQ
3-$TYPE3MALL!TMOSPHERIC0RESSURE3ENSORFOR(IGH
!LTITUDE#OMPENSATION
!3OPHISTICATED3INGLECHIP)GNITORFOR!UTOMOBILES
+AZUNORI3AITO
+IMIHIRO!SHINO
3HOJIRO+URIMATA
+ENICHI)SHII
3HIGEMI-IYAZAWA
4SUYOSHI9AMAMOTO
&UJI%LECTRIC*OURNAL6OL.OP-
&UJI%LECTRIC*OURNAL6OL.OP-
,QWKHDXWRPRELOHLQGXVWU\HIIRUWVWRDGGUHVVHQYLURQPHQWDOLV
VXHVKDYHLQFUHDVHGZLWKWKHVWUHQJWKHQLQJRIUHJXODWLRQVDQGWKHLP
SRUWDQFHRIDFKLHYLQJLQFUHDVHGDFFXUDF\DQGHIÀFLHQF\RIDXWRPRWLYH
HQJLQHPDQDJHPHQWDQGWKHLPSRUWDQFHRISUHVVXUHVHQVRUVZKLFKDUH
DNH\GHYLFHDUHLQFUHDVLQJ7KLVSDSHUGHVFULEHVDQHZO\GHYHORSHG
VPDOODWPRVSKHULFSUHVVXUHVHQVRUWKDWXVHVDWKJHQHUDWLRQGLJLWDO
WULPPLQJ W\SH SUHVVXUH VHQVRU FKLS DQG WKDW FDQ EH PRXQWHG DV D
VXUIDFHPRXQWGHYLFH60'RQDQ(&8ERDUGIRUXVHLQKLJKDOWLWXGH
FRPSHQVDWLRQ ZKHQ DQ DXWRPRELOH WUDYHOV DW D KLJK HOHYDWLRQ 7KLV
QHZO\GHYHORSHGVHQVRULVDSSUR[LPDWHO\WKHVL]HRIRXUSUHYLRXV
VHQVRU
7RVXSSRUWWKHVDIHW\FRPIRUWDQGHQHUJ\VDYLQJVUHTXLUHGE\DX
WRPRELOHVDQGWRDGGUHVVHQYLURQPHQWDOSUREOHPVPDQ\YHKLFOHFRP
SRQHQWVDUHEHLQJGHVLJQHGDVHOHFWURQLFFRPSRQHQWV7KHVHHOHFWURQLF
FRPSRQHQWVPXVWEHKLJKO\UHOLDEOHWRRSHUDWHXQGHUWKHVHYHUHFRQGL
WLRQVZKHQLQVWDOOHGLQDQDXWRPRELOH7RVXSSRUWRSHUDWLRQDOFRPSDW
LELOLW\ZLWKWKHYDULRXVDVVXPHGHOHFWULFDOVWUHVVHVDQGFRQGLWLRQVLQDQ
DFWXDOYHKLFOH)XML(OHFWULFKDVGHYHORSHGDVRSKLVWLFDWHGLJQLWRUWKDW
LVSURYLGHGZLWKLWVRZQSURWHFWLYHIXQFWLRQ)XUWKHUPRUHLQRUGHUWR
FRQWLQXHXVLQJWKHWUDGLWLRQDOVPDOOSDFNDJHVL]HDFLUFXLWFRQÀJXUDWLRQ
LQZKLFKSRZHUVXSSO\YROWDJHLVWKH21YROWDJHDQGDÀQHOLQHSURFHVV
ZHUHDSSOLHGLQWKHGHYHORSPHQWRIWKLVLJQLWRU
4HE-ODELINGOF#ONDUCTIVE%-).OISEAND.OISE
2EDUCTION4ECHNOLOGY
0OWER,OSSAND4EMPERATURE3IMULATORFOR)'"4-ODULE
3HUANGCHING#HEN
4AKU4AKAKU
3EIKI)GARASHI
4AKU4AKAKU
3EIKI)GARASHI
/SAMU)KAWA
&UJI%LECTRIC*OURNAL6OL.OP-
&UJI%LECTRIC*OURNAL6OL.OP-
7KHGHYHORSPHQWRIFRPSXWHUDQGVLPXODWLRQWHFKQRORJ\HQDEOHV
QRLVHOHYHOVWREHSUHGLFWHGZLWKDKLJKGHJUHHRISUHFLVLRQDQGVKRUWHU
OHDGWLPHVIRUGHVLJQ)XML(OHFWULFXVHGD36,0VLPXODWRUWRUHSURGXFH
FRPPRQPRGHOHDNDJHFXUUHQWDQGWKHQYHULÀHGWKDWWKHQRLVHUHGXF
WLRQHIIHFWRIWKHVLPXODWLRQUHVXOWVPDWFKHGWKDWRIWKHH[SHULPHQWDO
UHVXOWV7KLVSDSHUSURSRVHVDQDFWLYHÀOWHUZKLFKLVXVHGWRFDQFHO
FRPPRQPRGHYROWDJHUHDOL]DEOHDVDFRPSDFWVL]HORZYROWDJHÀOWHU
VLQFHWKHGHWHFWHGFRPPRQPRGHYROWDJHLVGLYLGHGE\WKHVWUD\FD
SDFLWDQFHRIWKHPRWRUDQGFDSDFLWRUVFRQQHFWHGWRJURXQG
7KHUPDOGHVLJQKDVEHFRPHDQLQFUHDVLQJO\LPSRUWDQWIDFWRULQWKH
GHYHORSPHQWRISRZHUFRQYHUVLRQHTXLSPHQWWKDWXVHVHPLFRQGXFWRU
GHYLFHVDQG)XML(OHFWULFKDVGHYHORSHGDQGUHOHDVHGDQ,*%7):'
SRZHUORVVVLPXODWLRQWRROYHUZKLFKLVEDVHGRQDRQHGLPHQVLRQDO
WKHUPDO UHVLVWDQFH PRGHO DQG HQDEOHV WKH HDV\ FRPSXWDWLRQ RI GLV
VLSDWLRQORVVDQGWHPSHUDWXUHULVHRIDQ,*%7PRGXOHLQDQLQYHUWHU
FLUFXLW7KLVYHUVLRQRIWKHVLPXODWLRQWRRODGGVDFRPSXWDWLRQIXQFWLRQ
WKDWFRQVLGHUVWKHWKHUPDOUHVLVWDQFHRIKHDWVLQNVDQGDIXQFWLRQWKDW
FRQWLQXRXVO\FDOFXODWHVWKHGLVVLSDWLRQORVVDQGWHPSHUDWXUHDFFRUGLQJ
WRDYDULDEOHORDGSDWWHUQ$VDUHVXOWFRPSXWDWLRQVFDQEHPDGHEDVHG
RQWKHDFWXDORSHUDWLRQRIHTXLSPHQWWKDWXVHV)XML(OHFWULF·V,*%7V
埋込みエピタキシャル技術
栗林 均
富士時報
山口 一哉
自動車用 IPS デバイス技術
矢嶋 理子
6OL.OP-（）
豊田 善昭
富士時報
原田 祐一
上西 顕寛
6OL.OP-（）
ĠœĜŜ基板á形成ÍÕ深ºıŕŜĪĈđĽĨĖĠŌŔ成長á
自動車電装ĠĢįʼnä小型化h高信頼性化á対応ÏāÕ÷h富
þÙÜ埋÷込öh埋込õđĽĨĖĠŌŔ技術Ĉ紹介Ïāg選択đ
士電機å出力段ĺŘsİĹčĢÞ周辺回路Ĉ自己分離方式áþĀ同
ĽĨĖĠŌŔ成長条件ÞıŕŜĪĈ形成Ïā結晶方位Ĉ最適化Ïā
一ĪĬŀá搭載ÍÕ車載用 IPS}Intelligent Power Switch~Ĉ開
ÉÞáþĀhŅčIJÂàÅıŕŜĪĈ埋÷込öÉÞÂ可能áàÙÕg
発ÍÜÃÕg本稿Ýåh縦型ĺŘsİĹčĢ技術Ĉ改良Íh横型
埋÷込ö際á不純物Ĉ導入ÏāÉÞÝ超接合基板Â形成ÝÃāgı
1.5 –N CMOS 技術Þä融合áþĀ新Õá開発ÍÕ自動車用 IPS İ
ŕŜĪ埋込õáþĀ形成ÍÕ超接合基板áÚºÜhSIMShSCM á
ĹčĢ技術áÚºÜ紹介ÏāgÉä技術áþĀh従来比ÝĞčģĈ
þā不純物分布å均一ݸāÉÞÂ分ÁÙÕg
30 v 50% 縮小化Íh面積¸ÕĀäēŜ抵抗ø同時á 25 % 低減ÍÕg
SiC パワー MOSFET 用トレンチ形状制御技術
河田 泰之
富士時報
俵 武志
中村 俊一
6OL.OP-（）
SiC ĺŘs MOSFET ä特性向上äÕ÷hıŕŜĪ形状制御Þ
側壁平滑性改善Ĉ検討ÍÕg1,700 ℃ä SiH4/Ar 雰囲気中ċĴsŔ
ÝıŕŜĪ形状Ĉ変形ËÑāÉÞÂÝÃh1,500 ℃ä H2 雰囲気中
ċĴsŔÝıŕŜĪ形状Ĉ変¾ÐáıŕŜĪ内壁Ĉ平滑化ÝÃāg
1,700 ℃ä SiH4/Ar ċĴsŔÞ 1,500 ℃ä H2 ċĴsŔĈ連続Ý行¼
ÉÞáþĀhıŕŜĪĜsijäŒďŜIJÀþéıŕŜĪ底ä半円形
状制御ÞhıŕŜĪ側壁平滑性Ĉ同時á実現ÍÕg本技術åhİĹ
čĢä耐圧向上ÞĪŌĶŔä電子移動度ä向上á寄与ÏāÉÞÂ期
待ËĂāg
)03$EVICE4ECHNOLOGYFOR!UTOMOTIVE3YSTEMS
9OSHIAKI4OYODA
9UICHI(ARADA
!KIHIRO*ONISHI
4RENCH&ILLING%PITAXIAL'ROWTH4ECHNOLOGY
(ITOSHI+URIBAYASHI
+AZUYA9AMAGUCHI !YAKO9AJIMA
&UJI%LECTRIC*OURNAL6OL.OP-
&UJI%LECTRIC*OURNAL6OL.OP-
,QVXSSRUWRIWUHQGVWRZDUGVPDOOHUVL]HVDQGKLJKHUUHOLDELOLW\RI
DXWRPRWLYHHOHFWULFDOV\VWHPV)XML(OHFWULFKDVGHYHORSHGDXWRPRWLYH
XVHLQWHOOLJHQWSRZHUVVZLWFKHV,36WKDWXVHDVHOILVRODWLRQSURFHVV
WRLQWHJUDWHRXWSXWVWDJHSRZHUGHYLFHVDQGSHULSKHUDOFLUFXLWU\LQWRD
VLQJOHFKLS7KLVSDSHUGHVFULEHVQHZO\GHYHORSHG,36GHYLFHWHFKQRO
RJ\IRUDXWRPRWLYHV\VWHPVWKDWFRPELQHVLPSURYHGYHUWLFDOSRZHU
GHYLFH WHFKQRORJ\ ZLWK —P ODWHUDO &026 WHFKQRORJ\ :LWK WKLV
WHFKQRORJ\VL]HZDVUHGXFHGE\WRFRPSDUHGWRSULRUGHYLFHV
DQGWKH21VWDWHUHVLVWDQFHSHUDUHDZDVDOVRUHGXFHGE\
7UHQFK ILOOLQJ HSLWD[LDO JURZWK WHFKQRORJ\ XVHG IRU ILOOLQJ GHHS
WUHQFKHV IDEULFDWHG RQ D VLOLFRQ VXEVWUDWH LV LQWURGXFHG 2SWLPL]LQJ
WKHVHOHFWHGHSLWD[LDOJURZWKFRQGLWLRQVDQGFU\VWDOOLQHGLUHFWLRQIRU
IDEULFDWLRQRIWKHWUHQFKHVHQDEOHVWKHWUHQFKHVWREHILOOHGZLWKRXW
DQ\YRLGV$VXSHUMXQFWLRQVXEVWUDWHFDQEHIDEULFDWHGE\LQWURGXF
LQJLPSXULWLHVZKHQÀOOLQJWKHWUHQFKHV6,06DQG6&0ZHUHXVHGWR
YHULI\WKDWWKHGLVWULEXWLRQRILPSXULWLHVZDVXQLIRUPLQVXSHUMXQFWLRQ
VXEVWUDWHVIDEULFDWHGE\WUHQFKÀOOLQJ
4ECHNOLOGYFOR#ONTROLLING4RENCH3HAPESIN3I#0OWER
-/3&%4S
9ASUYUKI+AWADA
4AKESHI4AWARA
3HUNICHI.AKAMURA
&UJI%LECTRIC*OURNAL6OL.OP-
7RHQKDQFHWKHSHUIRUPDQFHRI6L&SRZHU026)(7VWHFKQRORJ\
IRULPSURYLQJWUHQFKVKDSHFRQWURODQGVLGHZDOOÁDWQHVVZDVH[DPLQHG
7KHVKDSHRIDWUHQFKFDQEHFKDQJHGE\DQQHDOLQJLQDQDWPRVSKHUH
RI6L+$UDW ƒ&DQGLQQHUZDOOVRIWKHWUHQFKFDQEHPDGHÁDW
ZLWKRXWFKDQJLQJWKHWUHQFKVKDSHE\DQQHDOLQJLQDQDWPRVSKHUHRI
+DW ƒ&%\VHTXHQWLDOO\SHUIRUPLQJWKH6L+$UDQQHDOLQJDW
ƒ&DQGWKHQWKH+DQQHDOLQJDW ƒ&WKHURXQGQHVVRIWKH
WUHQFKFRUQHUVDQGVHPLFLUFXODUFRQWRXURIWKHWUHQFKERWWRPFDQEH
FRQWUROOHGDQGVLGHZDOOVRIWKHWUHQFKFDQEHPDGHÁDWVLPXOWDQHRXVO\
7KLVWHFKQRORJ\LVH[SHFWHGWRKHOSWRLQFUHDVHGHYLFHZLWKVWDQGYROW
DJHDQGWRLPSURYHHOHFWURQFKDQQHOPRELOLW\
昭和 40 年 6 月 3 日 第三種郵便物認可 平成 20 年 11 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 81 巻 第 6 号（通巻第 853 号）
本誌は再生紙を使用しています。
雑誌コード 07797-11 定価 735 円（本体 700 円）