PDF《电子元件》

展望

2016 年度的技术成果与展望 半导体 磁盘媒体 电子元件 电子元件151(29) 富士电机技术期刊

2017 vol.

C9 no.3 半导体 受全世界能源需求扩大,和CO2 减排等环保目的的节 能?创能意识不断提升的影响,功率半导体不仅被用于工业 设备及家电产品,在汽车、太阳能发电、风力发电等领域的 用途也得到拓展.富士电机不断开发出能源转换效率高,噪 音低且便于使用的功率半导体产品,为社会作出贡献. IGBT 是功率半导体的代表性产品.IGBT 于20 世纪

80 年代开发而成,之后,随着低损耗化及高散热等技术创 新而不断更新换代,目前富士电机的最新 IGBT 已经是第

7 代产品.此外,使用 SiC (碳化硅) 作为替代硅的新时代 半导体材料推动产品开发,最终开发出使用第

1 代沟槽型 MOSFET 的All-SiC 模块. 针对工业领域及环境能源领域,使用最新的第

7 代IGBT 技术开发出

1700 V 耐压的大容量 IGBT 模块.除了 封装与传统产品兼容的产品系列外,还开发出以高散热、低 电感、高可靠性为特点的新型封装 HPnC (High Power next Core) 作为一个产品系列.HPnC 凭借其特点可适用 于电气铁路领域,今后还将利用本产品不断开拓电气铁路市 场. 同时,开展 IGBT 和FWD 的技术创新,开发出 RC- IGBT.RC-IGBT 芯片是将 IGBT 芯片与 FWD 芯片一体化 而成,可提高模块封装的最大额定电流,因此可以扩大工业 领域中的产品系列. 在电装领域,为了推动随着电子控制化深入发展而大规 模化的控制单元 (ECU) 的小型化,采用第

4 代IPS 技术开 发出车载用高压侧二合一的 IPS F5114H .在外形尺寸与 SOP-8 封装相同的 SSOP-12 封装中安装

2 个与旧型号产 品相同功能的芯片,以与单通道产品相同的安装面积实现了 双通道.另外,针对车载用 DC/DC 转换器及充电器,将实 现高效率功率转换的车载用第

2 代SJ-MOSFET Super J MOS S2A 系列 成功产品化.本产品依据车载产品可靠性 规格 AEC-Q101,进一步降低以单位面积标准化的导通电 阻,改善关断时的开关损耗与电压尖峰的均衡特性,在降低 损耗的同时,提高了产品的易用性.此外,富士电机在用于 混合动力汽车、电动汽车等马达驱动的车载 IGBT 领域中, 正采用上述 RC-IGBT 技术和富士电机独创的直接水冷结构 来推动产品系列化. 在分立器件产品方面, 针对UPS 及太阳能发电用PCS,已将能实现高效率电力转换的 TO-247-4L 封装 的 High-Speed W 系列 成功产品化.本产品采用

4 个 端子,可减小驱动电路的发射极共模电感及栅极 - 发射极 电路的配线电感,因而可大幅降低开关损耗.同时,为满 足电源电路低负载时的高效率、降低待机耗电及削减系统 成本等市场要求,已将改善功率因数的临界模式 PFC 控制 IC FA1A60N 和进行软开关控制的 LLC 电流共振控制 IC FA6B20N 成功产品化,并用于高效率电源.这些产 品通过协作动作来自动切换动作模式,以AC85~264 V 的大范围输入电压大幅改善低负载时的效率,并降低待机耗 电,从而可削减零部件数量.富士电机今后将继续开发环保 型功率半导体产品,不断为实现安全、安心、可持续发展的 社会作出贡献. 磁盘媒体 IoT 时代到来后,预计全世界的信息量将?速增加,硬 盘驱动器 (HDD) 作为?容量低价格的存储器有望继续发 挥重要作?.富?电机在 HDD ?磁性记录媒体??,在2016 年开始量产?业最?单个记录容量

1 TB 的2.5 英? 媒体,以及单个记录容量 1.33 TB 的近线服务器? 3.5 英 ?媒体.富?电机今后还将继续开发并提供满?市场要求的 媒体产品,从?为IT 社会的发展作出贡献.

2016 年度的技术成果与展望 电子元件152(30) 富士电机技术期刊

2017 vol.C9 no.3 图1 F5114H

1 车载用高压侧型

2 in

1 IPS F5114H 相关论文 : 富士电机技术期刊 2017,vol.C9,no.1,p.41 富士电机受到汽车电装领域要求半导体小型化高可靠性 化的影响,以进一步小型化为目的使用第

4 代IPS 的工艺及 器件技术,开发出车载用高压侧型

2 in

1 IPS F5114H . 在外形尺寸与 SOP-8 封装相同的 SSOP-12 封装中 安装

2 个与旧型号产品具有相同功能的芯片,其功能包括 过电流保护功能、过热保护功能、负载开放检测功能、低电 压检测功能.各芯片使用引脚框架进行分离,可独立动作, 其中一个通道发生异常时,不会妨碍另一个通道的动作.另外,采用可在高温环境下使用的高可靠性引线,确保对元件 及高温环境下的可靠性. 半导体 图2 FA6B20N

2 高效率电源用 LLC 电流共振控制 IC FA6B20N 相关论文 : 富士电机技术期刊 2017,vol.C9,no.1,p.49 在输出电力超过

100 W 的电源中,为了要求其提高效 率,并降低系统成本,广泛使用能进行有效降低干扰的软开 关控制的 LLC 电流共振电路.富士电机开发出 LLC 电流共 振控制 IC FA6B20N ,其支持 AC85~264 V 的大范围 输入电压,可进一步改善低负载时效率,并减少零部件数量. 使用这些 IC 的电源的特点如下所示. ⑴ 与功率因数校正 (PFC)控制 IC FA1A60N 联动, 提高了包括低负载时 PFC 电路在内的电源整体的效率 (输 出电力

5 W 时的效率 75%) . ⑵ 降低了待机状态的消耗功率. ⑶ 可在低输入电压时进行重负载启动. ⑷ 自动切换正常状态和待机状态. 图3 FA1A60N

3 高效率电源用临界模式 PFC 控制 IC FA1A60N 相关论文 : 富士电机技术期刊 2017,vol.C9,no.1,p.49 电子设备中被广泛使用的容量较大的开关电源需要用于 抑制高次谐波电流的功率因数校正 (PFC) 电路.富士电机 开发出临界模式 PFC 控制 IC FA1A60N ,其提高了电源 的低负载时效率,并降低了待机耗电.除了具有过去在低负 载时提高效率的底部跳过功能 (最大频率限制) 外,还利用 在待机状态下有意识地设置开关停止时间的脉冲串功能,在 维持 PFC 输出电压的前提下进一步降低待机耗电.此外, 利用与 LLC 电流共振控制 IC FA6B20N 的联动功能进 行与输入电压信息相应的脉冲串动作,从而可降低待机耗电 的AC 输入电压依赖性,并进一步提高电源特性.其主要特 点如下 : ? ? PFC 部效率90.4% (AC100 V、5 W 负载时:过 去77.4%)

2016 年度的技术成果与展望 电子元件153(31) 富士电机技术期刊

2017 vol.C9 no.3 (a)TO-247 封装 (b)T-Pack 封装 图4 Super J MOS S2A 系列 ? 车载用第

2 代SJ-MOSFET Super J MOS S2 A 系列 富士电机开发出车载用第

2 代SJMOSFET Super J MOS S2 A 系列 ,作为适用于车载用 DC/DC 转换器及充 电器的功率 MOSFET.本产品与过去相比将单位面积的导 通电阻降低了 25%,同时将关断时的浪涌电压降低了 5% (斩波电路中栅极电阻为 2Ω 时) .如此与旧型号产品相比 损耗低且便于使用.另外,依据车载品可靠性规格 AEC- Q101,还拥有以下产品系列,可适应多样化要求. ⑴ 耐压 :

400 V、500 V、600 V ⑵ 导通电阻 : 25.4 ~

160 mΩ (600 V 耐压品) ⑶ 封装 : TO-

247、T-Pack 半导体 图5 High-Speed W 系列 (TO-247-4L 封装) ? TO-247-4L 封装的高速分立器件 IGBT High-Speed W 系列 近年来 UPS、PCS 迫切要求设备高效化.针对这些设 备,富士电机开发出增加了子发射极端子 TO-247-4L 封 装的高速分立器件 IGBT High-Speed W 系列 .与过去 的TO-247 封装品相比,可大幅降低开关损耗.其主要特 点如下 : ⑴ 减少发射极共模电感 ⑵ 通过降低栅极 - 发射极回路的配线电感来降低开关损耗 ⑶ 关断损耗 : 约降低 15% (与TO-247 相比) ⑷ 接通损耗 : 约降低 55% (与TO-247 相比) ⑸ 额定电压及电流 :

650 V/50 A、75 A、1200 V/40 A 图6 第7代 X 系列

1700 V 大容量 IGBT 模块 ? 第7代 X 系列

1700 V 大容量 IGBT 模块 产业基础设施领域中所使用的高压大容量变频器及风力 发电系........