세계 최초! "Full SiC" 파워 모듈 양산 개시
스위칭 손실을 85% 저감하여, 산업기기 등의 전력 손실을 대폭 삭감

2012-03-22

Full SiC 파워 모듈

<개요>

반도체 메이커 로옴 주식회사 (본사 : 교토시)는 내장하는 파워 반도체 소자를 모두 SiC (실리콘 카바이드 : 탄화 규소)로 구성한 "Full SiC" 파워 모듈 (정격 1200V / 100A)의 양산을 개시합니다. 산업기기 및 태양 전지 등에서 전력 변환을 담당하는 인버터, 컨버터에 내장하면, 일반적인 Si (실리콘) IGBT 모듈에 비해, 하기와 같은 메리트가 있으므로 세계 에너지 및 자원 등 지구 환경 문제에도 크게 기여합니다.
●스위칭 손실 85% 저감
●기존의 400A 급 Si-IGBT 모듈 대신 사용할 경우, 체적을 약 50% 삭감
●저손실이므로 열 발생이 적어, 냉각 장치의 소형화가 가능하므로 기기 전체의 소형화가 가능
본 제품은 로옴 본사 공장 (교토시)에서 3월 하순부터 양산 및 출하를 개시할 예정입니다.

<배경>

오늘날, 산업기기 및 태양전지, 전기 자동차, 철도 등 파워 일렉트로닉스 분야에서 Si 디바이스보다 전력 변환 시의 손실이 적고, 재료 물성이 우수한 SiC 디바이스 / 모듈의 실용화가 요구되고 있습니다. 기존의 Si 반도체를 모두 SiC로 대체할 경우, 에너지 절약 효과는 일본 국내에서만 원자력 발전소의 4기분※2에 해당된다는 계산이 나오며, 이에 따라 각 기업에서 연구 개발을 강화하고 있습니다. 이러한 상황에서 로옴은 2010년 전세계에 앞서 SiC-SBD 및 SiC-MOSFET와 같은 SiC 디바이스 양산에 성공하여 업계를 리드하고 있습니다. 한편, 탑재된 모든 파워 디바이스를 Si에서 SiC로 대체한 Full SiC 파워 모듈은 오랜 기간동안 전세계 기업에서 샘플화가 진행되었으나, 신뢰성 면에서 문제가 많아 양산화는 실현하지 못했습니다.

모터 제어와 전력 변환의 효율화에 크게 기여하는SiC 모듈 양산으로 극적인 에너지 절약 효과 실현
※1:로옴 조사 (2012년 3월 22일 현재)
※2:엔지니어링 진흥 협회 조사 : 2020년 시점의 일본 국내 주요 분야에서 SiC 파워 디바이스가 도입될 경우
   (100만kW 급 원자력 발전소 1기=8.8TWh/년으로 계산)

<신제품 상세 내용>

로옴은 독자적인 결함 억제 기술 및 스크리닝법을 개발함으로써 신뢰성을 확보하였습니다. 또한, SiC 특유의 1700ºC에 이르는 고온 프로세스에서의 특성 열화를 억제하는 기술 등을 개발하여, 세계 최초로 Full SiC 파워 모듈 양산 체제를 확립하였습니다. 최첨단 SiC-SBD와 SiC-MOSFET의 페어를 2세트 탑재하여, 기존의 Si-IGBT 모듈에 비해 전력 변환 시의 손실을 85% 저감시킬 수 있습니다. 또한, IGBT 모듈에 비해 10배 이상인 100kHz 이상의 고주파 동작을 실현하였습니다. 정격전류는 100A이지만, 고속 스위칭과 저손실화로 정격전류 200`400A의 Si-IGBT 모듈을 대신하여 사용할 수 있습니다. 뿐만 아니라, 설계 및 프로세스 개선으로 방열성이 우수한 모듈 개발에도 성공하였습니다. 기존의 400A급의 Si-IGBT 모듈 대신 사용할 경우, 체적을 약 50% 삭감할 수 있습니다. 저손실이므로 열 발생이 적어 외장 냉각 장치의 소형화도 가능하므로 기기 전체의 소형화에 크게 기여합니다.

로옴은 SiC를 비롯한 파워 디바이스 사업을 성장 전략의 한 항목으로 하여, 앞으로도 고내압화, 대전류화를 한층 더 실현하는 SiC 디바이스 / 모듈의 라인업 강화와 함께 SiC trench MOSFET 및 SiC-IPM (인텔리전트 파워 모듈) 등, SiC 관련 제품의 라인업을 확충하고, 양산화를 위해 노력할 것입니다.

<특징>

1) 스위칭 손실 85% 저감
최첨단 SiC-SBD와 SiC-MOSFET를 탑재한 Full SiC 모듈의 실현으로 기존의 Si-IGBT에 비해 스위칭 손실을 85% 저감시킬 수 있습니다.
스위칭 손실 85% 저감
2) 소형 • 박형 패키지 실현
설계 및 프로세스 개선으로 방열성이 우수한 모듈 개발에 성공하여, 기기의 소형화 요구에 크게 기여할 수 있습니다. 소형• 박형 패키지 실현

<회로도> 

회로도

<용어 설명>

  1. IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor의 약자)
    절연 게이트형 바이폴라 트랜지스터. 게이트에 MOSFET를 내장한 바이폴라 트랜지스터.
  2. MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor의 약자)
    금속-산화물-반도체 전계 효과 트랜지스터를 뜻하며, FET 중 가장 일반적으로 사용되는 구조. 스위칭 소자로서 사용됨.
  3. SBD (쇼트키 배리어 다이오드 : Schottky Barrier Diode의 약자)
    금속과 반도체를 접촉시킴으로써 쇼트키 접합이 형성되어 정류성 (다이오드 특성)을 얻을 수 있다는 점을 이용한 다이오드. 소수 캐리어 축적 효과가 없어 고속성이 우수하다는 특징을 지님.
본 제품에 대한 문의