후지 바카라 규칙 엔지니어 보고서

第97巻第4号（2025年2月）

특별 기능 : 탄소-탄소 사회의 실현에 기여하는 전력 반도체

계획 의도

전세계의 노력이 지구 온난화의 요인 인 온실 가스 배출량을 줄이기 위해 강화되고 있기 때문에, 후지 전기는 "풍요 로움에 대한 기여", "자연과의 조화"및 "자연과의 조화"에 대한 관리 철학을 설정하고 (에너지와 환경에 대한 새로운 개발 목표)에 기여하는 회사로서의 회사로서의 회사로서 " 탄소가없는 사회를 실현하는 것을 목표로합니다.
이 특별한 기능은 전력 반도체, 탄소 부유 한 사회를 실현하기위한 핵심 장치 및 자동차 및 태양 및 풍력 발전의 전기와 같은 재생 가능한 에너지를위한 신제품뿐만 아니라 전력 전기 장치 장비의 효율성과 신뢰성을 가능하게하는 새로운 기술을 소개합니다.

[기능과 관련]
전력 반도체가 탈탄화 사회를 실현하기위한 기대

Fujita Hideaki
도쿄 과학 대학 공학 학교 바카라 규칙 및 전자 공학 교수

[현재 상태 및 전망]
탄소-탄소 사회 실현에 기여하는 전력 반도체

Onishi Yasuhiko, Miyasaka Tadashi, Igawa Osamu

온실 가스 배출량을 줄이기 위해 태양 및 풍력 발전, 자동차와 같은 재생 가능 에너지를 도입하고 전력 전기 차원 장비의 효율성을 높여 CO2 배출량 감소를 달성하기위한 주요 장치로서 전력 반도체에 대한 기대가 커지고 있습니다. Fuji Electric은 시장에 효율성, 소형화 및 신뢰성의 추가 개선의 요구를 충족시키는 제품을 제공하며, 대표적인 요소, IGBT (절연 게이트 양극성 트랜지스터) 및 MOSFET (SIC)을 사용하여 MOSFET (금속-산화물-비전 도체 전계 효과 트랜지스터)에 중점을 둡니다. 우리는 또한 고전압 GAN 수직 MOSFET과 같은 기술 개발 및 부식 환경의 내구성 증가에 대해 노력하고 있습니다.

직접 수냉식 IGBT 모듈 "M682"라이트 및 작은 XEVS

Kamiya Masahide, Arai Nobuhide, Adachi Shinichiro

오토바이는 온실 가스 배출량을 줄이기 위해 더욱 전기화되고 ​​있으며 대형 차량 외에도 경와 소형 차량도 더욱 전기화되고 ​​있습니다. 따라서 Fuji Electric은 가벼운 차량 및 소형 차량 용 50-100kW 모터 출력 용량 대역에 적합한 IGBT 모듈 "M682"를 개발했습니다. 쿨러는 Cu베이스 플레이트를 직접 냉각시키는 직접적인 수냉식 구조를 가지고 있으며, 흐름 경로에 놓인 갈비뼈의 모양과 배열을 최적화함으로써 소형 크기, 저압 손실 및 낮은 열 저항을 달성했습니다. 이 쿨러와 칩의 조합을 변경함으로써 동일한 패키지는 50kW, 75kW 및 100kW의 모터 출력 커패시턴스 대역을 허용하며 기존 제품보다 10% 작은 크기를 달성했습니다.

산업용 HPNC 패키지 2,300V All-Sic Module

Kani Tomoyuki 및 Uchida Takashi

온실 가스 배출을 줄이기 위해 재생 가능 에너지의 확산이 가속화되고 있으며 전력 변환기에 사용되는 전력 반도체는 생성 된 손실을 더욱 줄이고 전류 밀도를 향상시켜야합니다. 이 수요를 충족시키기 위해 Fuji Electric은 1,500V DC 전력 변환기의 2 레벨 회로에 적합한 2,300V의 정격 전압을 갖춘 모든 SIC 모듈을 개발했습니다. 대용량에 적합한 HPNC 패키지에 3 세대 SIC-MOSFET 칩을 설치함으로써 전력 변환기에 설치 될 때 발생하는 손실은 기존 제품에 비해 50% 감소되었습니다. 또한 설치 영역은 68% 감소했으며 현재 밀도는 약 3 배 증가했습니다.

산업 표준 2 팩 "M276"

Kobayashi Yuto, Zheng Shigeru 및 Atsushi Rivers

온실 가스 배출을 줄이기 위해 재생 가능 에너지의 도입이 확장되고 있으며, 태양 전지판과 PC를 결합한 태양 광 발전 시스템이 진행되고 있습니다. Fuji Electric은 표준 2 팩 "M276"의 최대 정격 전류를 증가 시켰으며, 3 레벨 PC에 적합한 1,200V IGBT 모듈과 중간 용량 태양 발전 시스템에 사용되는 ESS가 800A로 증가했습니다. 칩 장착 영역을 35% 확장하기 위해 2 개의 절연 보드를 사용하여 칩 크기를 최적화하고 동일한 외부 치수로 정격 전류를 증가시킴으로써 출력 전류는 38%, 기존 제품보다 ESS를 적용 할 때 17-18% 증가 할 수 있습니다.

전원 장치 용 온도 감지 IC 기술

Asano Daizo, Akabane Masashi, Iwamoto Motomitsu

최근 몇 년 동안 AI 및 IoT를 사용하는 스마트 공장은 가속화되고 있으며 바카라 규칙 전자 장비가 시스템 다운 타임을 최소화하려면 예측 유지 보수가 필요합니다. 바카라 규칙 전자 장치의 고장의 원인 중 하나는 바카라 규칙 모듈의 수명이며,이를 예측하려면 전원 장치의 온도를 정확하게 감지해야합니다. 따라서 Fuji Electric은 바카라 규칙 모듈에 내장 된 온도 감지 IC를 개발했습니다. 노이즈의 영향을 최소화하기 위해 온도 신호는 디지털 신호로 변환되었고 회로는 IC 내부의 저온 의존성과 노이즈의 작은 영향을 미쳐 온도 감지 범위에서 -40 내지 +200 ° C의 온도 감지 정확도를 초래합니다.

바카라 규칙 모듈에 대한 황화 부식 평가 기술

Takeda Mariko, Ito Hideaki, Kimijima Daisuke

가혹한 부식 환경에서 전력 모듈을 사용하면 황화 부식으로 인해 단락이 발생할 수 있습니다. Fuji Electric은 부식 메커니즘을 기반으로 황화 부식 평가 기술을 설립하여 가혹한 환경에서도 사용할 수있는 제품을 개발하기위한 것입니다. 우리는 전압 적용 조건, 가스 유형 및 기판 유형의 영향을 조사했으며, 적용된 전압은 AC (AC) 및 MFG (혼합 흐름 가스)가 황화물 부식에 대한 가속 테스트 조건으로서 가스 유형에 적합하다는 것을 밝혀냈다. 이를 통해 실제 사용 환경에서 부식 형태를 시뮬레이션 할 수 있으며 ISA-71.01 표준을 기반으로 테스트 환경보다 79 배 빠르게 가속화되어 부식율을 평가할 수 있습니다.

고전압 GAN 수직 MOSFET 기술

Tanaka Ryo, Kondo, Ken, Takashima Shinya

Fuji Electric은 GAN 수직 MOSFET을 개발하고 있으며 SIC-MOSFET 후 차세대 전력 반도체가 될 것으로 예상됩니다. 이번에, GAN 표면을 ALN 보호 필름으로 코팅하고 1,300 ℃에서 열처리를 수행함으로써, GAN의 열 분해를 억제하고, 이식 된 도펀트의 활성화 및 이식에 의한 결정 결함의 제거를 억제 하였다. 또한, 평평한 GAN 표면을 갖는 MOS 인터페이스는 플라즈마 CVD 방법에 의해 제조 될 수 있으며, 이들을 결합함으로써 GAN 수직 MOSFET가 1,200V의 견고한 전압을 실현시켰다. 온 저항은 Sic-mosfet의 절반 정도이며, 우리는 고전압과 저항 GAN 수직 MOSFET을 보여주었습니다.

바카라 규칙 전자 장치 설계를 가속화하는 고정밀 시뮬레이션 기술

Sakai Takuma, Yukawa Fumio, Hugh Baocheon

바카라 규칙 전자 장치의 성능을 향상시키고 개발 기간을 단축하기 위해 Fuji Electric은 매우 정확한 IGBT 시뮬레이터를 제공합니다. 이 시뮬레이터는 회로 구성 및 PWM 제어 방법을 선택하고 매개 변수를 입력하여 장치 손실 및 온도를 출력합니다. 이번에는 수명 계산 기능을 개발했습니다. 고속으로 장치의 열 피로를 일으키는 온도 변화를 계산하고, Rainflow 방법을 사용하여 장치의 크기 및 발생 크기와 수를 계산하고, Arrhenius 방정식에 적용하면 실제 작동 온도와 일치하는 바카라 규칙주기 수명의 고정식 추정을 달성했습니다. 이를 통해 과도한 여백이 제거 된 적절한 설계가 가능합니다.

약어/상표

후지 바카라 규칙 기술 보고서 ​​Vol.97 2024 일반 목차

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