富士時報 Vol.80 No.1 2007 半導体 半導体 展 望 設備投資の堅調な伸びと薄型テレビの本格的な普及，モ 作機能を有する擬似共振制御 IC，電源システムトータル バイル機器やデジタル家電の成長に牽引（けんいん）され， での小型化，低コスト化に貢献する高機能 PWM 制御 IC， 2006 年の半導体業界は順調に推移した。このような市況 インダクタとスイッチング電源制御 IC を一つのモジュー の下，富士電機の半導体は高耐圧，パワー技術を特徴とし ルに組み込んだマイクロ電源において電源効率を維持しな て，顧客の機器・システムの高機能化，省電力化，小型化， がら小型化を実現した第二世代マイクロ電源，また高耐 低コスト化などのニーズに応える製品群を提供してきた。 圧の汎用品としてカレントモード 1 チャネル DC-DC コン 産業用パワーモジュールにおいては，インバータや無停 バータ IC など多くの新製品を開発した。 電電源などの電力変換装置に期待される性能向上と小型化 電源用パワーディスクリート製品では，オン抵抗を従来 を実現し，RoHS 指令にも対応する新製品を開発した。2 比約 16 % 改善し，低損失と低ノイズと使いやすさを両立 個組モジュールでは，損失と放射ノイズを低減しながら， させた 500 V・600 V の新型 MOSFET の開発，二次側出 体積も従来比で 40 % 低減した New Dual IGBT モジュー 力整流用にソフトリカバリー性を有し，電源の低ノイズ ル（1,200 V/225 A，300 A，450 A） を 開 発 し， パ ワ ー 集 化が可能となる低損失高速ダイオード（LLD）の 300 V お 積モジュール（PIM）では，同じく損失と放射ノイズを よび 400 V 系の系列拡充と新たな 250 V 系列の開発，PFC 低減しながら高放熱絶縁基板の採用により従来 1,200 V 系 回路や二次側出力整流回路の高効率化のための低 VF で超 で 75 A までであった電流範囲を同じ外形で 2 倍の 150 A 高速な新型 600 V LLD の開発などを行った。 ま で 拡 大 し て い る。 イ ン テ リ ジ ェ ン ト パ ワ ー モ ジ ュ ー 車載用半導体としては，原油価格高騰にも押されて市場 ル（IPM）では，装置の薄型化要求に対応するため製品 が拡大しているハイブリッド車や今後が期待できる燃料電 の高さを従来の 22 mm から 12.4 mm へと大幅に薄くした 池車の走行用インバータに適用するパワーモジュール製品 1,200 V/15 A と 25 A の製品を開発した。また，顧客要求 の拡充を進めた。昇降圧コンバータ用の 1,200 V/600 A の に対応して既存製品の RoHS 対応化設計変更も進めた。 2 個組 IGBT-IPM を量産化するとともに，600 V/400 A の プラズマテレビは，デジタル放送の本格稼動や急激な価 6 個組 IGBT モジュールを開発した。産業用パッケージの 格低下に伴って需要が急増し，2006 年の出荷台数が全世 特徴を生かしながら，内部構造の最適化により接合部応力 界で約 1,200 万台に達した。プラズマテレビの価格を下げ を最小化することで要求される高品質を達成している。電 るためには，プラズマテレビの価格低下と同じ割合でドラ 動パワーステアリングなどに使用されるパワー MOSFET イバ IC も価格を下げることが求められる。この要求に応 においては，トレンチゲート構造に独自の擬平面接合技術 えるため，富士電機では，スキャンドライバ IC の多出力 を融合し単位面積あたりのオン抵抗を 20 % 低減した新製 化（64 出力または 80 出力 / 96 出力）およびアドレスド 品を開発し，市場要求である出力向上や燃費改善に貢献し ライバ IC の多出力化（192 出力 / 256 出力）を行い，ド た。リレーを代替し接点の寿命と信頼性を向上させる小型 ライバ IC の必要数を削減してパネルのコストダウンに貢 大電流のインテリジェントパワースイッチや，環境保護の 献した。プラズマテレビや液晶テレビの電源用に好評を得 ために二輪分野へも適用が拡大する電子制御式燃料噴射シ ているパワー IC「M-Power 2」においては，新系列 Aシ ステムに向けた小型で EMC 基準を満足する圧力センサも リーズを開発し液晶テレビの場合で 50 インチまでの大画 開発した。 面化対応を可能とした。 今後も，富士電機の半導体製品は，特徴ある技術を生か 電源用半導体では，年々厳しくなる低待機電力の要求に し，顧客起点の考え方で，環境対応を含めさらに多様化す 応えるために高耐圧起動素子を内蔵し軽負荷時バースト動 るニーズに迅速に対応する所存である。 67 富士時報 半導体 Vol.80 No.1 2007 半導体 新コンセプト IGBT-PIM 汎用インバータや無停電電源装置などに代表される電力 図１ 新 IGBT-PIM 変換装置は，常に高効率化・小型化・低価格化・高信頼性 が要求され，これはインバータ回路に用いる電力変換用半 導体素子にも同様に求められる。近年では，小型化・低価 格化・低ノイズ化の要求が非常に強く，このためには低損 失化とノイズのトレードオフ特性をブレークスルーし，か つ高放熱化を実現することが課題である。今回低ノイズ化 と小型化・高集積化を両立した新しいコンセプトのパワー 集積モジュール（PIM）系列を開発した。 主な特徴は次のとおりである。 低ノイズと低発生損失の両立 （ 1） 高放熱パッケージ構造採用による小型化の実現 （ 2） 従来パッケージサイズで 1,200 V/150 A PIM を実現 （ 3） 薄型パッケージ IPM モータドライブ用のインバータやサーボなどの装置では， 図 P625 パッケージ 図 鉛フリー化 IGBT モジュール 外形をブック型にして，限られたスペースに複数の装置を 並べ多数のモータを制御しているものがある。この場合， 装置の薄型が強く要求され，放熱器が装置の側面に配置さ れるものでは薄型のモジュールが必要となる。今回，既 存 IPM（Intelligent Power Module）のパッケージである P610 に対して 9.6 mm 薄い 12.4 mm の厚さを実現し，体 積比で 58.6 % の小型化を実現した P625 パッケージの開発 を行った。主な特徴は次のとおりである。 パッケージ：縦 70 mm，横 100.5 mm，厚み 12.4 mm （ 1） 30 〜 50 A/600 V，15 〜 25 A/1,200 V 6 in 1/7 in 1 を （ 2） 系列化可能 過電流，短絡，チップ温度，ケース温度，不足電圧保 （ 3） 護を内蔵し上下アームからアラーム出力 鉛フリー化 IGBT モジュール 環境への関心が高まりつつある現在，欧州連合において 2006 年 7 月に RoHS 指令が発令された。これは鉛，水銀， カドミウムなどの有害規制物質の電気機器への含有を禁止 した指令である。富士電機では RoHS 指令に対応するため， 完全鉛フリーはんだを用いた IGBT モジュールの開発，製 品化を行った。主な特徴は次のとおりである。 地球環境に配慮：RoHS 規制対象物質の未使用 IGBT （ 1） モジュール開発実施（完全鉛フリーはんだ化，六価クロ ムフリー化） 従来製品と同等の信頼性を確保 （ 2） パッケージ：2 個組 2 種，Econo-PIM，6 個組 （ 3） 定 格 電 圧・ 電 圧：600 V/10 〜 400 A，1,200 V/10 〜 （ 4） 150 A，1,700 V/10 〜 150 A 68 富士時報 半導体 Vol.80 No.1 2007 半導体 256 ビット PDP アドレスドライバ IC 薄 型 テ レ ビ 市 場 が 拡 大 す る に つ れ て PDP（Plasma 関連論文：富士時報 2006.5 p.390-393 図 PDP アドレスドライバ IC（FCE3273K） 図 FD3298F と従来品のパッケージ比較 Display Panel）テレビと液晶テレビの競争が激しくなっ てきている。そのため PDP テレビに対しては一層の低価 格化・高品質化が要求されている。その中でも PDP ドラ イバ IC は低価格化および部品数削減のための多出力化が 求められている。このような背景のもと，富士電機では第 四世代 PDP アドレスドライバ IC 技術を用い，256 出力を 備えた「FCE3273K」を製品化した。この製品は出力ビッ トの配置についてセミスリムタイプを採用したことにより IC は従来比 15 % の小型化，および TCP（Tape Carrier Package）のコスト削減を実現している。また，スイッチ ングノイズ低減技術を適用することにより，出力数増加に 伴うノイズ誤動作を抑制している。 多出力 PDP スキャンドライバ IC PDP（Plasma Display Panel）テレビの低価格化が進む につれて，ドライバ IC も低価格化が要求されている。こ の要求に応えるために多出力に着目し，フル HD（High Definition）パネルでの使用個数を従来の 18 個から 12 個 に削減可能とした 96 ビットスキャンドライバ IC を開発 した。主な特徴は次のとおりである。 96 ビット双方向シフトレジスタ（クリア機能付き） （ 1） 絶対最大定格：180 V（高耐圧部） ，7 V（ロジック部） （ 2） 出力動作電圧：30 〜 150 V （ 3） ロジック電圧：5 V （ 4） ドライブ電流：−0.4 A/＋1.4 A（ソース/シンク） （ 5） ダイオード電流：−1.4 A/＋1.2 A（ソース/シンク） （ 6） 従来品 TQFP 100ピン 外形：TQFP128 ピン−エクスポーズドパッド （ 7） FD3298F TQFP 128ピン フル HD 用 PDP スキャンドライバ IC 近 年，PDP（Plasma Display Panel） テ レ ビ の 大 画 面 図 200 V 高耐圧 PDP スキャンドライバ IC 化・フル HD（High Definition）化が加速しているが，ド ライバ IC に対しては，より一層の大電流化や高耐圧化が 要求されている。これらの要求に応えるために，フル HD パネル用 64 ビットスキャンドライバ IC「FD3402F」を開 発した。主な特徴は次のとおりである。 絶対最大定格 200 V 高耐圧 IGBT 出力 SOI 誘電体分 （ 1） 離構造 ドライブ電流：−0.4 A/＋1.5 A（ソース/シンク） （ 2） ダイオード電流：−2.0 A/＋2.0 A（ソース/シンク） （ 3） 出力動作電圧：40 〜 170 V （ 4） 64 ビット双方向シフトレジスタ（15 MHz） （ 5） 外形：エクスポーズドパッド TQFP100 ピン （ 6） 69 富士時報 半導体 Vol.80 No.1 2007 半導体 高耐圧出力 MOSFET 内蔵 1 チャネル DC-DC 電源 IC（FA7738） 低消費電力で外部部品点数の少ない MOSFET 内蔵 1 図 高耐圧出力 MOSFET 内蔵 1 チャネル DC-DC 電源 IC チャネルステップダウンコンバータ用 IC を開発した。高 入力電圧（〜 45 V）から任意の出力を得ることができ， 小型・高効率（>85 %）の DC-DC コンバータを実現でき FA7738P る。この IC の主な特徴は次のとおりである。 高耐圧 CDMOS プロセスによる低消費電流 （ 1） 広い入力電圧範囲 10 〜 45 V（絶対最大定格 50 V） （ 2） 低オン抵抗 p チャネルパワー MOSFET 内蔵（Io ＝ （ 3） FA7738N 1.5 A） 各種保護回路内蔵（低電圧誤動作防止，ソフトスター （ 4） ト，過電流保護，タイマラッチ式短絡保護，過熱保護） （ 5） 待機機能（ENB 端子＝ H に待機電流 <100 µA） 発振周波数可変（ f ＝ 30 〜 400 kHz） （ 6） 小型パッケージ E-pad SOP-8 および PDIP-8 （ 7） 擬似共振型低待機電力電源制御 IC（FA5541，FA5542） スイッチング電源の高効率化のため，軽負荷時に間欠制 図 関連論文：富士時報 2006.5 p.398-401 擬似共振型低待機電力電源制御 IC 御でスイッチング損失を減らし待機電力の削減を実現する 擬似共振型スイッチング電源制御 IC「FA5541」 「FA5542」 を開発した。高耐圧厚膜ゲート CMOS プロセスの採用に より IC を低消費電流化し，高耐圧起動素子と起動回路を 内蔵することにより電源の部品点数を削減することが可能 である。その他の特徴は次のとおりである。 ピーク電流制御方式電流モード部分共振制御 （ 1） 最大周波数制限機能内蔵（typ：120 kHz で制限） （ 2） 過負荷時遮断機能内蔵（FA5541：オートリスタート， （ 3） FA5542：ラッチ） ラッチモード過電圧遮断回路内蔵 （ 4） DIP-8 （ 5） または SOP-8 FA5541 FA5542 の 2 種類のパッケージ 起動素子内蔵 PWM 低待機電力電源 IC（FA5526 系列） 電子機器の待機電力を低減するために，高耐圧の起動素 子を内蔵し軽負荷時に発振周波数を低減させるスイッチン グ電源制御用 IC で，主な特徴は次のとおりである。 カレントモード方式スイッチング電源制御 IC （ 1） 起動後に遮断される 500 V 耐圧起動回路を内蔵 （ 2） 高耐圧 CMOS プロセスで低消費電力化を実現 （ 3） 3 種類の発振周波数 （ 4） FA5526/36：130 kHz，FA5527/37：100 kHz，FA5528/ 38：60 kHz 過負荷（二次側過電流）遮断機能を内蔵 （ 5） FA5526/27/28：タイマラッチモード FA5536/37/38：オートリスタートモード 低電圧誤動作防止回路を内蔵 （ 6） DIP-8 または SOP-8 の 2 種類のパッケージ （ 7） 70 図 起動素子内蔵 PWM 低待機電力電源 IC 富士時報 半導体 Vol.80 No.1 2007 半導体 マイクロ電源 携帯電話やデジタルスチルカメラ，携帯型音楽プレーヤ 関連論文：富士時報 2006.5 p.405-407 図 第二世代マイクロ電源（FB6831J） 図 次世代 MOSFET のサンプル 図 自動車用 IGBT モジュール などの携帯機器の小型化・薄型化の要求に合った，第二世 代マイクロ電源「FB6831J」を開発した。 マイクロ電源は，従来，用途に応じてユーザー側で選 定していたインダクタを，制御 IC と一体化することによ り小型化，部品点数削減を行うことと同時に LDO（Low Drop Out）レギュレータのように容易に扱える DC-DC コンバータを提供することをコンセプトとしている。 FB6831J はリチウムイオンバッテリー 1 セル用途の同 期整流降圧コンバータである。第一世代品と比較して電力 変換効率は 90 %（入力 3.6 V，出力 1.8 V，Iout 200 mA）と 高効率を維持したまま 40 % 製品サイズの削減（外形寸法 2.95 mm × 2.40 mm，厚さ 1 mm）を実現した。 次世代 MOSFET デジタル家電製品，ノートパソコンに搭載されるスイッ チング電源は，薄型，高効率，低ノイズのニーズが非常 に高い。このニーズに対応した高性能と使いやすさを両立 した次世代 MOSFET を開発した。新開発のエッジターミ ネーション技術と擬平面接合の最適化により，高アバラン シェ耐量を維持しつつオン抵抗性能を約 17 % 改善し，プ レーナ型パワー MOSFET として世界最高レベルの性能を 実現した。また，実機セットでの放射ノイズとスイッチン グ損失のトレードオフを改善しており，低ノイズかつ低損 失なスイッチング電源を容易に構成することが可能であり， エコロジーエレクトロニクスに貢献できる商品である。概 略仕様は次のとおりである。 ™500 V/20 A/0.31Ω/TO-220 系 ™600 V/16 A/0.47Ω/TO-220 系 自動車用 IGBT モジュール ハイブリッド自動車，燃料電池自動車などの走行用イン バータに用いられる IGBT モジュールは，産業用途よりも 厳しいレベルの信頼性を要求されるため，専用に開発され ており，開発期間の長期化，高コスト化が問題である。富 士電機は定評のある産業用パッケージの特徴を生かしつつ， 自動車に使用可能な信頼性性能を持たせた IGBT モジュー ルを開発することで，比較的短期間に製品化する手法を確 立した。今回開発した製品の主な特徴は次のとおりである。 定格：600 V/400 A （ 1） 小型：6 個組（EconoPACK＋との互換形状） （ 2） 高信頼性：自動車搭載用 （ 3） サーミスタ内蔵 （ 4） 71 富士時報 半導体 Vol.80 No.1 2007 半導体 自動車用低オン抵抗パワー MOSFET 40 V シリーズ（2SK4068-32） 自動車用 MOSFET としてトレンチ MOSFET の系列化 図 自動車用低オン抵抗パワー MOSFET（2SK4068-32） 図 自動車用小型大電流 IPS（F5052H） 図 小型圧力センサ IC（左）と従来量産品（右） を進めてきたが，近年の顧客要求（大電流化，低オン抵抗 化など）に対応するため，トレンチゲート構造と擬似平面 接合技術の改善によって低 Ron・Qgd 化，低 Ron・A 化を図 り，かつ従来の高信頼性（高ゲート耐圧など）を維持した 40 V トレンチ MOSFET シリーズを系列拡充した。 主な特徴は次のとおりである。 ドレイン−ソース耐圧（40 V） （ 1） オン抵抗（5 mΩtyp.） （ 2） ゲート−ソース耐圧（＋30 V） （ 3） 高信頼性 （ 4） 自動車用小型大電流 IPS（F5052H） 富士電機では IPS の新規市場としてモータ制御用途， リレー代替用途をターゲットとした大電流で使用可能な 「F5052H」を開発した。本製品はトレンチ構造を用いた低 オン抵抗（8 mΩmax）の出力段パワー MOSFET と制御 部 IC とをチップオンチップ構造とすることで，搭載面積 の小型化と低オン抵抗化を両立している。主な特徴は次の とおりである。 定格：35 V/50 A/8 mΩ （ 1） 高放熱処理可能な小型パッケージ PSOP-12 を採用 （ 2） 各種保護機能（過熱保護，負荷短絡保護，出力段パ （ 3） ワー MOSFET 側を含めたバッテリー逆接保護など） 高誘導性負荷エネルギー耐量（>800 mJ，モータロッ （ 4） ク時破壊防止，並列接続時エネルギー分担可能） 車載用小型圧力センサ IC 環境意識の高まりを背景に，これまで四輪分野で採用さ れていた電子制御式燃料噴射システムが二輪分野でも普及 を見せ始めている。これに伴いシステムの低価格化が進ん でおり，システムのキーデバイスの一つである圧力センサ も同様の状況である。今回，低価格化への要求に応えるた め，小型の EPROM デジタルトリミング型圧力センサ IC を開発した。主な特徴は次のとおりである。 チップ面積：従来量産品比 70 % 化 （ 1） 圧力レンジ/出力電圧範囲：60 〜 400 kPa/0.5 〜 4.5 V （ 2） 出力誤差精度：1 %FS 以下（25 ℃時点） （ 3） EMI 耐性：100 V/m（1 〜 1,000 MHz） （ 4） EMC 耐 性：JASOD00-87，ISO11452-2，ISO7637 準 （ 5） 拠 ダイアグ機能，過電圧保護機能，逆接保護機能内蔵 （ 6） 72 ＊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。