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パワー回路集積チーム

パワー回路集積チームは、ワイドギャップ半導体の社会普及に向けて、ディスクリートパーケージ、パワーモジュール、高耐熱部品内蔵モジュール、 回路技術（主回路技術、ゲート回路技術）などの研究開発を行っています。

チームの研究課題または研究成果など

図1 試作したパワーモジュール

①高速・高温動作パワーモジュール技術に関する研究

Siでは達成できない高速・高温動作パワーモジュール技術について研究を行っています。1kVのSiCパワーデバイスを活用した100A級パワーモジュールでは、250℃、600V、100Aのターンオフ波形において、70V/nsの高速スイッチング動作を達成しました。

図1 ○×○×での反応 （概念図）

②航空機電気モータ給電システムの技術に関する研究

航空機向け高パワー密度電力変換システム技術について研究を行っています。上記①で開発した1kV級パワーモジュールの技術を活用した電力変換器でコンバータとインバートを構成し、航空機電気モータ給電システムの25kW評価モデルを試作したところ、変換効率98.7%、電力重量変換密度15.9kW/kgを達成、実モデルで要求される仕様を満足できることを確認しました。

図3 試作パワーICモジュールとスイッチング波形

③モノリシックSiCパワーICの実装技術に関する研究

縦型SiC MOSFETに、SiC CMOSゲートバッファーをモノリシックSiCパワーICの実装技術について研究を行っています。モノリシックSiCパワーICを搭載したパワーモジュールでは、世界で初めてスイッチング動作に成功しました。

保有技術

  • ディスクリートパッケージ、パワーモジュール組立
  • 信頼性試験
  • 電気試験
  • 熱評価（過渡熱評価、ロックインサーモグラフィー）
  • 熱・流体・機械・電気シミュレーション

重点研究

  • 高耐熱・高速パワーモジュール
  • 高耐電圧パッケージ
  • 信頼性技術
  • 高速スイッチング評価技術
  • パワー回路技術

主要特許・論文

  • “H.Tanisawa，F. Kato，S. Sato, K. Watanabe, H. Takahashi, Y. Murakami, H. Sato, “Transient thermal characteristics of high-temperature SiC power module enhanced with Al-bump technology”, Jpn. J. Appl Phys. Vol.57, 04FR10，2018.
  • F. Kato, S. Sato, H. Tanisawa, K. Koui, K. Watanabe, Y. Murakami, H. Yamaguchi and H. Sato, “Thermal Resistance Evaluation of a Low-Inductance Double-Stacked SiN-AMC Substrate for a High-Temperature Operation SiC Power Module”, ECS Trans. Vol.86 107-112, 2018.
  • K. Koui, F. Kato, H. Tanisawa, S. Sato, Y. Murakami, and H. Sato, “Study of Baseplate Materials for High-Temperature Operation of SiC Power Modules”, ECS Trans. Vol.86 99-105, 2018.
  • S. Sato, F. Kato, H. Tanisawa, K. Koui, K. Watanabe, Y. Murakami, H. Sato, H. Yamaguchi, “Development of High Temperature Operation SiC Power Module”, ECS Trans. Vol.86 83-90, 2018.
  • F. Kato, R. Shimanjorang, FQ. Lang, H. Nakagawa, H. Yamaguchi, and H. Sato, “250 °C-Operated sandwich-structured all-SiC power module”, Jpn. J. Appl Phys.Vol.54, 04DP06，2015.
  • 佐藤 伸二, 加藤 史樹, 宝藏寺 裕之, 八尾 惇, 渡辺 衣世, 佐藤 弘, 山口 浩, コモンモード電圧を低減する電圧形3相インバータのPWM制御, 電気学会論文誌（産業応用部門誌）, 141 巻,12 号,pp. 976-984 (2021), DOI https://doi.org/10.1541/ieejias.141.976
  • Shinji Sato, Fumiki Kato, Hiroshi Hozoji, Hiroshi Sato, Hiroshi Yamaguchi, Shinsuke Harada, “High-Temperature Operating Characteristics of Inverter Using SWITCH-MOS”, Material Science Forum , Vol.1004, pp.1115-1122 (2020)
  • Atsushi Yao, Fumiki Kato and Hiroshi Sato, “Iron loss and hysteresis properties of nanocrystalline magnetic materials under high frequency inverter excitation” Journal of the Magnetics Society of Japan, Vol. 44, No. 6, pp.129-132 (2020)
  • Atsushi Yao, Fumiki Kato, Hiroshi Hozoji, Shinsuke Harada, Hiroshi Yamaguchi, and Hiroshi Sato, “Iron loss evaluation of magnetic materials excited by a SiC inverter with a Schottky barrier diode wall-integrated trench MOSFET” AIP Advances, Vol. 10, No. 12, pp. 125129-1-5 (2020)
  • Atsushi Yao, Mitsuo Okamoto, Fumiki Kato, Hiroshi Hozoji, Shinji Sato, Shinsuke Harada, and Hiroshi Sato, “High-speed switching operation for a SiC CMOS and power module” IEICE Electronics Express (ELEX), Vol. 18, No. 14, pp. 1-5 (2021)
  • 出願番号 特願2022-006322, 佐藤 伸二, 山口 大輝, 八尾 惇, 佐藤 弘, ３相インバータの制御装置及び制御方法
  • 出願番号 特願2020-194257　公開番号 特開2022-083030, 佐藤 伸二, 加藤 史樹, 宝藏寺 裕之, 八尾 惇, 佐藤 弘, 山口 浩, ＰＷＭ信号生成方法及び装置、並びにＰＷＭ信号生成装置を有する機器

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