｢V シリーズ｣チップ搭載のPIM・6 in 1 IGBT モジュール系列

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みいかいちぬの
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チップ搭載の IM 6 in 1 IGT モジュール系列 IM 6-in-1 IGT Module eries Equipped with -eries Chips 関野裕介 Yusuke ekino 村井智哉 Tomoya Murai 丸山力宏 Rikihiro Maruyama ECOOIM C - ACK では, 複数の回路を一つのパッケージに納めることにより,IGT(Insulated

実装が可能なプレスフィットピンモジュールの開発により, 多様なニーズ対応を可能とした ECOOIM /C-ACK series has been responded to market requests for smaller module size of IGT (insulated gate bipolar transistor) by integrating multiple

1 チップ搭載の IM 6 in 1 IGT モジュール系列 IM 6-in-1 IGT Module eries Equipped with -eries Chips 関野裕介 Yusuke ekino 村井智哉 Tomoya Murai 丸山力宏 Rikihiro Maruyama ECOOIM C - ACK では, 複数の回路を一つのパッケージに納めることにより,IGT(Insulated Gate ipolar Transistor) モジュール小型化という市場要求に応えてきた最新のは電流容量の拡大と顧客における設計の柔軟性を高めることを狙って開発し, 系列化した高放熱性絶縁基板の適用や多様なピンレイアウトのパッケージ開発により, 同一のパッケージで電流容量の拡大と顧客の C(rint Circuit oard) 設計の自由度を上げたまた, ソルダフリーによる C 実装が可能なプレスフィットピンモジュールの開発により, 多様なニーズ対応を可能とした ECOOIM /C-ACK series has been responded to market requests for smaller module size of IGT (insulated gate bipolar transistor) by integrating multiple circuits into a single package. ew -series was developed as a series aiming to achieve power range expansion and flexibility of customer design. y adopting insulated substrate which has high thermal conductivity and several types of pin layouts, larger current ratings than with a conventional package and flexible C (printed circuit board) design for our customers were established. Moreover, a new press-fit pin terminal has been developed for the solder-free assembling to the C, and enables to support various requirements. 富士時報 ol.83 o 特集1 まえがき富士電機は,1988 年に IGT(Insulated Gate ipolar Transistor) を製品化して以来, 世代交代を重ね, 着実に低損失化, 小型化を成し遂げることで市場の要求に応えてきた装置の小型化を可能にした手段の一つに,IM(ower Integrated Module) や 6 in 1 モジュールに代表されるモジュール化が挙げられる IM は, インバータ, ブレーキ, コンバータ回路を一つのパッケージに集積したパワーモジュールである 6 in 1 は, 三相インバータ回路を一つに集約したモジュールである注今回,IM タイプの ECOOIM 系列,6 in1 タイプの C - ACK 系列を紹介するこれらは, パッケージの開発による端子配列自由度の向上と高放熱性絶縁基板の適用による電流容量拡大によって, モジュール駆動回路設計の自由度を向上させ, さらなる小型化を実現した新しい系列であるまた近年, エレクトロニクス実装において, 環境への配慮や生産性の向上を狙いとしたソルダフリー実装タイプのパッケージへの要求が強まっているそこで, 富士電機は, これまでのソルダ実装タイプの系列に加えて, ソルダフリー実装が可能なプレスフィットピンモジュールを開発した前述の各種モジュールに, 最新の第 6 世代 IGT チップを搭載した新しい系列化を行った本稿では, 最新の第 6 世代の各種ソルダマウントタイプの ECOOIM C - ACK, ソルダフ 379( 23 ) リー実装が可能なプレスフィットピンモジュールを開発し, モジュールの幅広い選択が可能になったので紹介する 2 チップ搭載の ECOOIM C-ACK 系列の端子配列と電流定格従来の ECOOIM C - ACK 系列のケースは, 成形時に端子 ( ピン ) を挿入し固定しているケース構造なので, 端子配列の自由度がなかったこれに対し, 図 1 に示すように新規開発パッケージは, アセンブリ技術の向上と新パッケージ構造の適用により, 各種端子はモジュール組立時にケースに端子を固定できるようになったため, 端子配列の自由度が向上した表 1 に,ECOOIM C - ACK の従来とにおける系列を示す従来に対して, 豊富な端子配列の中から選択が可能なことに加え, 電流容量が高い系列をそろえているこれは, 最新のシリーズチップと, 従来品よりも熱伝導率の高い高放熱性絶縁基板を用いることにより達成した図 ₂ に,ECOOIM 系列における端子配列と, 各種端子配列に対するパワーフローを示す図 ₂ から分かるように, 数種類の端子配列をラインアップしたことにより, 注 ECOOIM : Infineon Technologies AG の商標または登録商標図 ₁ パッケージ端子部の比較

2 富士時報 ol.83 o 特集チップ搭載の IM 6 in 1 IGT モジュール系列表 ₁ ECOOIM C-ACK 系列モジュール IM 6 in 1 第 4 世代第 5 世代 U 第 6 世代第 4 世代第 5 世代 U 第 6 世代ピンタイプソルダソルダソルダプレスフィットソルダソルダソルダプレスフィット系列 A A M R A * 1 * 1 X Y Z A A X 10 A 15 A 25 A 35 A 1, A 75 A 100 A 150 A 150 A + * A++ * 3 30 A 50 A A 100 A 150 A : ラインアップ : 最新のチップによるラインアップ : 最新のチップと高放熱性絶縁基板技術の適用による新たな電流容量のラインアップ : 今回の開発 *1 : 開発中 *2 :Ic(continuous)=150 A,Icp(1 ms)=400 A, 低熱抵抗タイプ *3 :Ic(continuous)=150 A,Icp(1 ms)=400 A, 高放熱性絶縁基板を適用した高放熱性タイプ M() R T U R T U TC (X) C C C C R TC R TC (Y) T U T R(Z) U A TC R T U TC R T U 電パワーフロー AC(RT 端子 ) C( 端子 ) AC(U 端子 ) 図 ₃ プレスフィットピン挿入図図 ₂ ECOOIM における端子配列とパワーフローインバータの設計に応じてパワーフローを選択することができるようになった 3 プレスフィットピンモジュールの特徴これまで述べてきた ECOOIM C - ACK は端子を C(rinted Ciruit oard) に実装するには, はんだ付けする必要があった組立工程を簡素化するために, 環境に配慮したソルダフリー実装に対応したモジュールの需要が, 近年高まってきているこのようなソルダフリー実装需要に対応したモジュールの一つとして, プレスフィットピンモジュールがあるプレスフィットピンモジュールは図 ₃ に示すとおり,C へのプレスフィットピンの圧入を利用することによって, ソルダフリーで C へ実装できるようにしたモジュールである今回新たに開発したプレスフィットピンモジュールの外観を, 図 ₄に示す 380( 24 )

富士時報 ol.83 o.6 2010 特集チップ搭載の IM 6 in1 IGT モジュール系列 ₃.

端子と C が直接接触するため, コンタクト部の C 保護や安定した接触抵抗を確保するための推奨のめっき素材やめっき厚, ホール径がある C は, IEC 60249 もしくは IEC 60249-2 - 5(2 層タイプ ) に準拠して検証したプレスフィットピンモジュールは専用のプレス装置 ( 図 ₅) と推奨 C を用いて, 端子挿抜の圧力と速度を調節して実装する必要がある図 ₆に,

3 富士時報 ol.83 o 特集チップ搭載の IM 6 in1 IGT モジュール系列 ₃.₁ プレスフィットピンモジュール実装方法プレスフィットピンモジュールのプレスフィットピンを C に圧入で実装し, 信頼性を確保するためには, プレスフィットピンの挿入法や挿入速度,C において推奨の仕様で実装する必要がある推奨仕様以外での実装ではプレスフィットピンと C 間の圧力が強すぎると C に損傷を与える可能性があり, 圧力が弱すぎるとコンタクトができず信頼性も確保できなくなるまた, 端子と C が直接接触するため, コンタクト部の C 保護や安定した接触抵抗を確保するための推奨のめっき素材やめっき厚, ホール径がある C は, IEC もしくは IEC (2 層タイプ ) に準拠して検証したプレスフィットピンモジュールは専用のプレス装置 ( 図 ₅) と推奨 C を用いて, 端子挿抜の圧力と速度を調節して実装する必要がある図 ₆に, プレスフィットピンモジュール用推奨 C の仕様を示す ₃.₂ プレスフィットピンモジュールの接触抵抗ソルダフリー実装に求められる主要な特性として, 次の 2 点が挙げられる C に実装したときに接触抵抗が安定していること環境ストレスを受けた場合に対しても,C とモジュールの接続が確保されていること図 ₇ に, プレスフィットピンモジュールの信頼性試験の一環である振動試験後の接触抵抗を示す振動試験前後での接触抵抗の増加は最大 0.03 mωであり, ほとんど変リルール 2 35 mm スルーール 2 2 mm( ) n 15 m Cu 25 m Cu 35 m C C mm ( : R-4) ncu ( 端部 ) プレスフィットピン C1 4+i ( ) 最最リルールー 2 35 ースルーール Cu 25 m ーー n ーー 15 m 図 ₄ プレスフィットピンモジュールの外観 70 m Cu 35 m ー 105 m C ー図 ₆ プレスフィットピンモジュール用推奨 C の仕様接触抵抗 (m ) n 210 試験 : スイープ時 :15 min :100 m s 2 :3 (X,Y,Z ) 時 :6 ( 2 時 ) 試験後ピン図 ₅ プレスフィットピンモジュール実装用プレス装置の例図 ₇ 振動試験後の接触抵抗評価 381( 25 )

t n 34 mm(2 in1) t n 45 mm(2 in1) u XT(2 in1) t n 62 mm(2 in1) t n 0 mm(2 in1) t n 62 mm(1in1) u XT(2 in1) t n 62 mm(2 in1) *2 ECOOACK +(6 in1) 新容量 2 in1(2 in1) スプリン u XT(2 in1) ソルダフリープレスフィットピン

規格に準拠した信頼性試験を実施し, すべて満足する結果が得られている 4 IGT モジュールの全体系列 ₄.

₂ の系列図 ₈ に 1,200 クラスの IGT モジュールの系列表を示す現在 IGT チップを適用したモジュールは, 耐圧 1,200 に対して,25 1,400 A という広範囲な電流容量および多彩なパッケージ系列で製品化されているこれまでに述べてきたように, のモジュールでは C への実装をはんだ付けで行うピン端子タイプ, C

4 富士時報 ol.83 o 特集チップ搭載の IM 6 in 1 IGT モジュール系列電流容量 ,400 ピン *1 ECOOIM 2(IM) ECOOIM 3(IM) ECOOIM 2 C-ACK2 ECOOIM 3 C-ACK3 C-ACK2(6 in1) C-ACK3(6 in1) ソルダ t n 34 mm(2 in1) t n 45 mm(2 in1) u XT(2 in1) t n 62 mm(2 in1) t n 0 mm(2 in1) t n 62 mm(1in1) u XT(2 in1) t n 62 mm(2 in1) *2 ECOOACK +(6 in1) 新容量 2 in1(2 in1) スプリン u XT(2 in1) ソルダフリープレスフィットピン ECOOIM 2(IM) ECOOIM 3(IM) p in u C-ACK2(6 in1) C-ACK3(6 in1) 量開発中 *1:ECOOIM :In n on T c no o i s AGのた *2:ECOOACK +:In n on T c no o i s AGのた図 ₈ の系列 (1,200 系 ) 化がないことが分かる本振動試験をはじめとして,IEC 規格に準拠した信頼性試験を実施し, すべて満足する結果が得られている 4 IGT モジュールの全体系列 ₄.₁ IGT チップの特徴 IGT チップの特徴を次に示すフィールドストップ (F) 構造とトレンチゲート ⑴,⑵ 構造の最適化による総損失の低減 ⑴,⑵ T j =175 での動作保証 (Tj(max) =175,T j(op) = 150 ) ⑴,⑵,⑶ 損失とノイズのトレードオフの改善 ⑴,⑵ ゲート抵抗によるターンオン di/dt 制御性の向上 ₄.₂ の系列図 ₈ に 1,200 クラスの IGT モジュールの系列表を示す現在 IGT チップを適用したモジュールは, 耐圧 1,200 に対して,25 1,400 A という広範囲な電流容量および多彩なパッケージ系列で製品化されているこれまでに述べてきたように, のモジュールでは C への実装をはんだ付けで行うピン端子タイプ, C への圧入による実装を可能としたプレスフィットピンタイプを系列化したまた, ソルダフリーモジュールの一つであるスプリングコンタクトモジュール ⑷ も系列化しているこのほかに, A の大容量 2 in 1 なども系列化を予定しているこのように多彩なピン, 端子配列およびパッケージを系列化することで, さまざまなエレクトロニクス機器への適用を可能としたまた, プレスフィットピンモジュールやスプリングコンタクトモジュールなどのソルダフリーモジュールに加えて, 小容量向けにさらにモジュール実装が容易なソルダフリータイプモジュールの開発を検討中である 5 あとがき富士電機の最新の第 6 世代 IGT チップを搭載した ECOOIM C - ACK モジュールのソルダ実装タイプとプレスフィットピンモジュールを中心に, IGT モジュールのピンタイプ, パッケージタイプの系列について紹介した本製品は, 最新の半導体技術とパッケージング技術を駆使して開発したものであるお客さまの C 設計の自由度, 組立工数の削減および環境保護などのさまざまな要望に対して幅広い選択肢を提供するものである今後, 富士電機では市場の多様なニーズに対応していくため, モジュール系列をさらに拡大していく所存である参考文献 ⑴ 仲野逸人ほか. 第 6 世代 IGTモジュール IM. 富士時報. 2007, vol.80, no.6, p ( 26 )

富士時報 ol.83 o.6 2010 特集チップ搭載の IM 6 in1 IGT モジュール系列 ⑵ 高橋孝太ほか. IGT モジュールの系列化. 富士時報.

Low EMI Techniques for ew Generation IGT Modules. roc. CIM. Europe.

5 富士時報 ol.83 o 特集チップ搭載の IM 6 in1 IGT モジュール系列 ⑵ 高橋孝太ほか. IGT モジュールの系列化. 富士時報. 2009, vol.82, no.6, p ⑶ Igarashi,. et al. Low EMI Techniques for ew Generation IGT Modules. roc. CIM. Europe owermodule p ⑷ 兼田博利ほか. U4IGT スプリングコンタクトモジュール. 富士時報. 2007, vol.80, no.6, p 村井智哉 IGT モジュールの開発設計に従事現在, 富士電機システムズ株式会社半導体事業本部半導体統括部モジュール技術部関野裕介 IGT モジュールの開発設計に従事現在, 富士電機システムズ株式会社半導体事業本部半導体統括部モジュール技術部丸山力宏 IGT モジュールの構造開発設計に従事現在, 富士電機システムズ株式会社半導体事業本部半導体開発センターパッケージ開発部 383( 27 )

6 * にされているおよびは, それぞれのがするまたはであるがあります

IGBT モジュール「V シリーズ」の系列化

IGBT モジュール「V シリーズ」の系列化特集IGBT モジュール V シリーズの系列化 New Lineup of V-Series IGBT Modules 高橋孝太 Kouta Takahashi 吉渡新一 Shinichi Yoshiwatari 関野裕介 Yusuke Sekino 富士電機では, 最新世代の Ⅴシリーズ IGBT を用いた製品の系列化を進めている Ⅴシリーズ IGBT モジュールは, チップ損失の低減とパッケージ放熱性の改善により,IGBT