三菱電機、パワーモジュールに新構造のSBD内蔵SiC-MOSFETを適用

SiC-MOSFET（※1）とSiC-SBDを一体化したSBD（※2）内蔵SiC-MOSFET（※3）は、両者を別チップにした従来技術と比べて、パワーモジュールに搭載するチップを高密度に実装できるのが特徴。そのため、パワーモジュールの小型化や大容量化が可能なうえ、スイッチング損失の低減が図ることができる。機器の小型化、省エネルギー化が求められる鉄道車両・直流送電などの大型産業機器への普及が期待できる。

一方、SBD内蔵SiC-MOSFETを用いたパワーモジュールは、接続した回路でサージ電流（※4）が発生すると、特定のチップのみにサージ電流が集中し、チップの熱破壊が生じてしまうトラブルが生じる。従来のSiCパワーモジュールよりもサージ電流耐量（※5）が低くなり、実用化が難しいという課題があった。

そこで三菱電機は、パワーモジュール内の並列接続されたチップ構造において、サージ電流が特定のチップへ集中するメカニズムを世界で初めて（※6）解明した。すべてのチップが一斉に通電を開始してサージ電流が各チップ内全域に分散する新チップ構造を開発に成功した。

これにより、サージ電流耐量を従来技術と比べて5倍以上に向上し、従来のSiパワーモジュールと同等以上のサージ電流耐量が得られたことで、パワーモジュールへのSBD内蔵SiC-MOSFETの適用を実現した。

※1：Silicon Carbide…炭化ケイ素
※2：Schottky Barrier Diode…半導体と金属の接合部に生じるショットキー障壁を利用したダイオード
※3：Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor…金属酸化膜半導体製の電界効果トランジスタ
※4：回路からパワーモジュールに対し、定格電流を超える電流が瞬間的に流れる突発的な動作
※5：サージ電流が発生した場合にパワーモジュールが耐えられる限界電流
※6：2023年6月1日現在、同社調べ