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東芝：車載トラクションインバーター向け、低オン抵抗と高信頼性を実現した1200V耐圧SiC MOSFETのベアダイのテストサンプル出荷について

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2024年11月12日

川崎

（ビジネスワイヤ） -- 東芝デバイス＆ストレージ株式会社は、車載トラクションインバーター[注1]向けに、新構造で低オン抵抗と高信頼性を両立した1200V耐圧シリコンカーバイド(SiC) MOSFETのベアダイ[注2]製品「X5M007E120」を開発し、テストサンプル出荷を開始しました。

本プレスリリースではマルチメディアを使用しています。リリースの全文はこちらをご覧ください。：https://www.businesswire.com/news/home/20241111047006/ja/

一般的なSiC MOSFETは、逆導通動作[注3]時にボディーダイオードがバイポーラー通電するとオン抵抗が増大していく信頼性の課題がありました。東芝のSiC MOSFETは、MOSFETチップにショットキーバリアダイオード(SBD)を内蔵することで、ボディーダイオードが動作しないように対策したデバイス構造を採用しています。しかしながら、内蔵SBDがチップ面積の一部を占有することは、MOSFETのオン動作の抵抗を決めるチャネル領域の面積を減少させ、チップのオン抵抗の上昇に直結します。

X5M007E120は、内蔵SBDの配置を従来のストライプ配置から市松模様に変更することで、ボディーダイオードのバイポーラー通電[注4]を効果的に抑制し、同じSBD搭載面積でも約2倍の電流範囲までユニポーラー動作の上限が向上しました[注5]。また、チャネル密度が向上し、単位面積当たりのオン抵抗が、ストライプ配置の従来プロセスと比較して20%～30%程度低減しました[注5]。これにより、逆導通動作時の信頼性を保ちながら、オン抵抗の低減を実現し、車載トラクションインバーターなど、モーター制御用インバーターの用途で省エネルギー化に貢献します。

SiC MOSFETのオン抵抗を低減すると、短絡動作[注6]時にMOSFET部に過剰に流れる電流が増加するため、短絡動作の耐久性が低下します。また、逆導通動作の信頼性向上のために内蔵SBDを動作しやすくすると、短絡動作時にSBD部の漏れ電流が増加し、短絡動作の耐久性の低下につながります。開発製品は、深いバリア構造[注7]を採用することで、短絡動作中のMOSFET部の過剰な電流とSBD部の漏れ電流を抑制します。これにより、逆導通動作に対する優れた信頼性を保ちながら、短絡動作時の耐久性を向上することが可能です。

また、ベアダイを採用することで、ユーザーのニーズに応じたカスタマイズが可能となり、用途に合わせたソリューションを提供できます。

当社は、X5M007E120のエンジニアリングサンプルの出荷を2025年に、量産出荷を2026年に予定しており、さらなる特性改善に向けた検討を進めていきます。モーター制御用インバーターや電動車両の電力制御システムなど、エネルギー効率が求められる分野での活用に向け、より使いやすく、高性能なパワー半導体をユーザーに提供することで、脱炭素社会の実現に貢献します。

[注1] 電気自動車(EV)やハイブリッド車(HEV)で、バッテリーから供給される直流電力を交流電力に変換し、モーターを制御する装置。 [注2] パッケージ化されていないチップ状態の製品。 [注3] 回路中の電流の還流によってMOSFETのソースからドレイン方向に電流が流れる動作。 [注4] ドレインとソースの間に存在するpnダイオードに順方向電圧が印加されてバイポーラー動作が起こること。 [注5] 当社従来ストライプ配置製品との比較。 [注6] 正常スイッチング動作時の短時間の導通に対して、制御回路の故障などの異常時に長時間の導通が起こる現象。一定時間の短絡動作で故障しない耐久性が求められます。 [注7] 高電圧による高電界をコントロールするために設けられる、デバイス構造の要素。素子の性能に大きく影響します。

応用機器

車載トラクションインバーター

開発製品の主な特長

低オン抵抗と高信頼性を同時に実現 車載向けベアダイ AEC-Q101適合 ドレイン・ソース間電圧定格 : VDSS=1200V ドレイン電流 (DC) 定格 : ID=(229)A[注8] オン抵抗が低い : RDS(ON)=7.2mΩ (typ.) (VGS=＋18V、Ta=25°C) RDS(ON)=12.1mΩ (typ.) (VGS=＋18V、Ta=175°C)

[注8] 暫定値

開発製品の主な仕様

（特に指定のない限り、Ta=25°C)

品番

X5M007E120

パッケージ

東芝パッケージ名称

2-7Q1A

サイズ (mm)

Typ.

6.0×7.0

絶対最大定格

ドレイン・ソース間電圧 VDSS (V)

1200

ゲート・ソース間電圧 VGSS (V)

+25/-10

ドレイン電流 (DC) ID (A)

(229)[注8]

ドレイン電流 (パルス) ID Pulse (A)

(458)[注8]

チャネル温度 Tch (°C)

175

電気的特性

ゲートしきい値電圧

Vth (V)

VDS =10V、

ID=16.8mA

Typ.

4.0

ドレイン・ソース間

オン抵抗

RDS(on) (mΩ)

ID=50A、

VGS =+18V

Typ.

7.2

ID＝50A、

VGS =+18V、

Ta＝175°C

Typ.

12.1

ソース・ドレイン間

オフ電圧

VSD (V)

ISD＝50A

VGS =-5V

Typ.

-1.21

ソース・ドレイン間

オフ電圧

VSD (V)

ISD＝50A、

VGS=-5V、

Ta＝175°C

Typ.

-1.40

内部ゲート抵抗

rg (Ω)

Open drain、

f=1MHz

Typ.

3.0

開発製品の詳細については、当社のニュースリリースも併せてご覧ください。 車載トラクションインバーター向け、低オン抵抗と高信頼性を実現した1200V耐圧SiC MOSFETのベアダイのテストサンプル出荷について

当社のSiCパワーデバイスの詳細については下記ページをご覧ください。 SiCパワーデバイス

* 社名・商品名・サービス名などは、それぞれ各社が商標として使用している場合があります。 * 本資料に掲載されている情報 (製品の価格／仕様、サービスの内容及びお問い合わせ先など) は、発表日現在の情報です。予告なしに変更されることがありますので、あらかじめご了承ください。

businesswire.comでソースバージョンを見る：https://www.businesswire.com/news/home/20241111047006/ja/

連絡先

お客様からの製品に関するお問い合わせ先：
パワー＆小信号営業推進第一部
Tel: 044-548-2216
お問い合わせ

報道関係の本資料に関するお問い合わせ先：
東芝デバイス＆ストレージ株式会社
デジタルマーケティング部
長沢 千秋
e-mail: semicon-NR-mailbox@ml.toshiba.co.jp

記事提供：ビジネスワイヤ