xEV向けインバータ用新世代パワー半導体Si IGBTを発売

　ルネサス エレクトロニクス株式会社（代表取締役社長兼CEO：柴田　英利、以下ルネサス）は、このたび、xEV（電動車）向けのインバータ用パワー半導体として、新世代のSi（シリコン）IGBT （Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）を開発、第一弾となる750V耐圧、300A品のサンプル出荷を開始しました。量産は2023年上期に那珂工場の200mmおよび300mmラインで開始します。2024年上期以降、新設するパワー半導体の専用工場である甲府工場の300mmラインでも順次量産を開始することにより、安定供給を実現します。

　本新世代プロセス（AE5）製品は、現行の量産プロセス製品（AE4）に比べて、電力の損失を約10%改善しました。また、壊れにくさ（破壊耐量）を維持したまま約10%の小型化を実現しました。損失の低減と壊れにくさはトレードオフの関係にあるため、これを同時に実現したことにより、IGBTとして業界最高レベルの性能を発揮します。さらに、素子特性ばらつきを抑制し、並列接続時のアンバランスを改善したことにより、モジュール搭載時の安定性、安全性を向上しました。これらにより、インバータ性能の向上と小型化に加え、設計の自由度を向上します。

　ルネサスのパワーシステム事業部、事業部長の小西 勝也は次のように述べています。「xEVの普及に伴い、車載用パワー半導体は、急速にニーズが高まってきています。ルネサスの車載用IGBTは、7年以上に渡る量産実績で培ってきた高い信頼性と堅牢性を兼ね備えています。このたび、量産体制も整えたことから、幅広いボリュームゾーンのxEV用インバータに向けて、最適な性能とコストパフォーマンスをもたらします。」

新世代IGBT（AE5）の主な特長

• 400V/800Vインバータに対応した750V耐圧（220A、300A）、1200V耐圧（150A、200A）の4製品をラインアップ予定
• Tj（動作温度）-40℃~175℃の全温度範囲で安定した性能を発揮
• 低損失を表す重要な値であるオン電圧Vce(sat)は1.3V@300Aと業界最高レベルの性能
• 従来比10%の高電流密度化を達成したことにより、低損失と高破壊耐量を最適化したチップサイズ（100mm²/300A）を実現
• 特性ばらつきVGE（off）を±0.5Vと低減したことにより、並列動作時の安定動作を実現
• 最大動作温度の175℃時に、ICパルス600Aでの逆バイアス安全動作領域（RBSOA）を保持、また短絡耐量4µs@400Vを備えた高ロバスト耐性を保持
• ゲート抵抗Rgの温度依存性を50%低減したことにより、高温時のスイッチング損失を低減し、低温時のスパイク電圧の抑制や短絡破壊耐量の低下を抑制。これにより、高いパフォーマンスの設計に貢献
• ベアダイ（ウェハ）にて提供
• 本デバイスを使うことにより、インバータの損失で、最大6% の低減（弊社従来プロセス比、同電流密度時）が期待でき、EVの走行距離向上やバッテリの搭載量の削減に貢献

xEV向けインバータ用ソリューション

　xEVの動力源であるモータはインバータによって制御されます。インバータでは、DC電力を電動車のモータで使用されるAC電力に変換するため、スイッチングデバイスであるIGBTはxEVの消費電力に直結するキーデバイスです。ルネサスは、従来、ユーザの設計支援のために、xEVインバータソリューションとして、IGBTのみならず、マイコン、パワーマネジメントIC（PMIC）、ゲートドライバIC、高速リカバリダイオード（FRD）を組み合わせた実用的なハードウェア設計である「xEVインバータリファレンスソリューション」を提供しています。また、このリファレンスを実際にハードウェア化した「xEV 向けインバータキット」も提供しています。さらに、モータパラメータキャリブレーションツールと、モータを制御するためのサンプルアプリケーションモデルとサンプルソフトウェア「xEVインバータ アプリケーションモデル&ソフトウェア」も提供し、ユーザのソフトウェア開発の負担を低減します。ルネサスは今後、本ソリューションにも新世代IGBTを搭載し、さらなる電力の効率化と性能の向上、小型化を実現してまいります。

新世代IGBTについての詳細は、こちらをご覧ください。
https://www.renesas.com/products/automotive-products/automotive-power-devices/automotive-igbt-0

ブログ「高効率で使いやすい新世代IGBT/AE5のご紹介」でも新製品について紹介していますので、ご参照ください。

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