「パワーモジュール」評価サービス
近年、自動車の電動化が進み、電気自動車（EV）やハイブリッド車（HEV）のシェアも増えています。こうした自動車の進化に大きな役割を担っているのが車載用パワーデバイスやパワーモジュールです。
車載用パワーデバイスやパワーモジュールは、耐圧が高く、スイッチング速度が速く、電力損失が小さい特長を持ちます。
電気自動車（EV）やハイブリッド車（HEV）の省エネ性を高めるために、半導体は従来のSi（シリコン）より高耐圧、低損失、高速スイッチング性に優れる、SiC（炭化ケイ素）やGaN（窒化ガリウム）などのワイドバンドギャップ半導体が搭載されてきています。
また、次世代のパワーデバイス用ワイドバンドギャップ半導体と呼ばれる、Ga2O3（酸化ガリウム）は、SiCよりもコストメリットや理論的な損失が小さいことから注目されています。
WTIでは、ダイオード、MOSFET、IGBTの各種パワーデバイス（Si, SiC, GaN, Ga2O3（酸化ガリウム））及びパワーモジュールの静特性、スイッチング特性をはじめ、さまざまな評価サービスをご提供しております。
特に、ワイドバンドギャップ半導体（SiC, GaN, Ga2O3（酸化ガリウム））は、Si半導体よりも高電圧、高速スイッチング動作が可能なためノイズの問題が顕在化しやすくなっています。このため、デバイスの材料物性や構造に基づく動作特性などを把握した上で正しい測定や波形の取得をすることが必要となります。
また、製品の開発設計手法として、現在、モデルベース開発のようなフロントローディング設計がトレンドとなりつつあり、パワーエレクトロニクスの世界も例外ではありません。
WTIでは、パートナー会社の株式会社モーデック社と連携したシミュレーションモデルの提供についてもご提案させていただいております。
シミュレーションモデルに必要なパワーモジュールの内部インダクタンス等、正しいスイッチング波形、及びパラメータの取得にはノウハウが必要です。
このように、パワーモジュールの特性を取得するにはノウハウが必要であり、国内でも対応できる企業は少ないのが現状です。
- お客様の開発評価に伴うパワーデバイス、パワーモジュール評価
- 特性評価から信頼性評価まで一貫したパワーデバイス、パワーモジュール評価
- シミュレーションモデル作成に伴うスイッチング波形及びパラメータ取得
等、パワーデバイス、パワーモジュール評価に関するニーズは増えつつあります。
WTIでは、パートナー会社との連携含め、各種パワーデバイス、パワーモジュールをキーワードに、お客様の課題に対して解決策をご提案いたします。
静特性評価
- 2000 V 1500 Aクラスまでの製品に対応
- カーブトレーサを用い、パワーデバイス（MOSFET, IGBT, SiC など）、パワーモジュール等の静特性評価を実施
（400A以上は、パートナー会社保有のカーブトレーサで測定）
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| 静特性評価設備(カーブトレーサ) |
パワーモジュール静特性評価結果例 |
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| VCE－IC 特性 |
VGE－IC 特性 |
VF－IF 特性 |
- 従来、2台のカーブトレーサを使い分けて測定していた製品を一括で自動計測
詳細はこちら ⇒ カーブトレーサ自動測定システム
端子間容量測定
- パワーデバイス（MOSFET, IGBT, SiC, など）、パワーモジュールなどの端子間容量を測定
- 最大電圧200Vまで対応可能
パワーモジュール 端子間容量測定結果
スイッチング特性評価
- 1200 Vクラスまでの製品に対応可能（MOSFET, IGBT, SiC など）
- パワーモジュール（650V、450A）、パワーデバイス（400V、30A）等の評価実績あり
その他の条件も対応可否についてはご相談ください
- スイッチング特性の主要項目評価
◇ターンオン特性（tr td(on)等）
◇ターンオフ特性（tr td(off)等）
◇リカバリ特性（trr Qrr等）
- シミュレーションモデル作成に伴うスイッチング波形及びパラメータ取得、配線や製品内部のインダクタンス評価
【スイッチング評価環境】
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内容 |
| コンデンサ C |
電流、電圧条件によって、コンデンサの容量と耐圧を決めます。
（例、900 V、1800 μF） |
| インダクタンスL負荷 |
1 μH～1 ｍHまでのインダクタンス数種類を保有しています。
電流条件によって選択します。 |
| コンデンサと製品間の配線 |
配線インダクタンスは、特性に影響するためできる限り小さくする必要があります。パワーモジュール評価では、銅板のバスバー(平行平板)を使用します。
※パワーデバイス（TO-220、TO-247パッケージ等）の評価では基板を使用する場合があります。 |
| 電流モニター |
カレントトランス、ロゴスキーコイルを使用します。 |
| ホットプレート |
高温測定は、ホットプレートを使用します。
温度条件は最大200℃まで対応可能です。 |
| ゲートドライバ |
お客様支給を前提としております。
弊社保有のドライバの使用も可能です。 |
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| パワーモジュール スイッチング評価 回路例 |
パワーモジュール スイッチング評価 評価環境例 |
【スイッチング評価方法】
- スイッチング評価は、ダブルパルス試験と連続パルスで実施する方法があります。
- スイッチング評価は、オシロスコープで波形を観察しながら、データシートなどで規定されているスイッチング時間や電力損失などを測定
- パワーモジュールのターンオン、ターンオフ特性の測定は、電圧・電流条件からパルス幅とパルスの印加回数、L負荷値を設定
- 連続パルスによる測定例を下記に⽰します。
VCE = 300 [V] IC = 100 [A] VGE = ±15 [V]の場合
電圧 = L負荷値 ☓ 電流値 ÷ パルス幅 ☓ パルス回数の式より
L負荷 ＝ 200 [μH]、パルス幅 = 13.4 [μs]、パルス回数 ＝ 6 回 となる
- 波形から、データシート等に規定されているスイッチング時間などを測定
ターンオン、ターンオフ特性 スイッチング時間の規定
【WTI独自の電流測定方法】
パワーデバイスの電流測定は、回路インダクタンス低減のため、主にロゴスキーコイルを使用します。
ロゴスキーコイルの特徴として、外部磁界の影響を受けやすいことは一般的に知られていますが、そのため、測定環境や電流の大きさなどによっては、波形が歪むことなどがあります。
特に、電流が低い場合に顕在化しやすい傾向にあります。
WTIでは、精度を向上させた独自の測定方法で行っています。
ターンオフ（400 V 5 A） |
ターンオフ（400 V 30 A） |
ターンオン、オフの電流波形例
【高精度のスイッチング測定によるシミュレーションモデル】
高精度のシミュレーションモデルを作成するためには
- 精度よく測定したスイッチング実測波形
- 測定回路の配線インダクタンスの実測
- 製品内部のインダクタンスの実測
などをもとに必要なパラメータを抽出する必要があります。
実測においては、精度よく測定するためのノウハウが必要で、WTIはそのノウハウを有しています。
モデリングの作成は、株式会社モーデック社で行っており、WTIの実測に基づいた高精度のモデリング作成の実績があります。
この両社の組み合わせにより、高精度のスイッチング測定によるシミュレーションモデリングをご提供しています。
パワーMOSFETターンオフのシミュレーション代表波形
短絡耐量試験
短絡耐量試験は、サンプルが破壊するまで実施し破壊限界を確認する試験となります。破壊する際は、大音響とともに火花が発生し、サンプルが飛び散ることもあります。そのため安全に試験できる環境が必要となります。
弊社では、安全に短絡耐量試験を行うための環境、及び測定する技術を有しております。
また、より安全性を高めるために、破壊した瞬間に電源を遮断してできる限り、破壊のダメージ（大音響、火花の発生、サンプル飛び散り）を抑えることも検討しています。
【短絡耐量試験方法】
- 測定条件
最大電圧 850 V
- ハイサイド側
ゲート・エミッタ間電圧VGEを印加
- ローサイド側
- コレクタ・エミッタ間電圧VCEに所定の電圧を印加
- 入力パルスは、1パルス毎にパルス幅を大きくしていき、素子が破壊するまで実施
- 破壊前の波形から、破壊限界のパルス幅などを確認
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| 短絡耐量試験 回路例 |
短絡耐量試験 波形例 |
信頼性試験、構造解析
- 弊社及びパートナー会社にて高温保存や温度サイクル試験、及びパワーサイクル試験などの各種信頼性試験を実施
- IGBT・MOSFETなどのゲートACバイアス試験を実施
ゲートACバイアス試験用のゲートドライバの設計、製作の実績あり
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＜主な仕様＞
- 高電圧ゲートドライバ（2ch）
- 出力電圧±50Vまで調整可能
- ゲート抵抗変更可
- パルスジェネレータ内蔵
- 時間計測タイマー内蔵
- 異常検出機能
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| ゲートドライバ（2ch）製作例 |
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※上記以外の試験対応：連続通電試験、dV/dt試験なども対応できるように現在準備中
- X線観察など製品の構造解析、評価環境構築や治工具準備などの対応も可能
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| パワーサイクル試験環境 |
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製品構造のX線観察例 |
詳細はこちら ⇒ パワーサイクル試験
お客様からのご要望が急増している評価サービス
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| ダイオード、MOSFET、IGBTの各種パワーデバイス及びパワーモジュールの静特性、スイッチング特性をはじめ、さまざまな評価サービスをご提供。 |
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パワーサイクル試験には、ショートパワーサイクル、ロングパワーサイクルといった2種類の試験があり、JEITA-ED-4701/601 602 603や、AEC-Q101等にて規格化。 |
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AEC-Q101およびAQG-324に準拠した信頼性に関する受託評価サービス。半導体に関する知見に加え、長年培ってきた計測評価技術を活用。 |
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| 半導体・電子部品・絶縁材料のリーク電流測定など、微小電流測定に関する受託評価サービス。µA以下の電流測定を必要とするようなご要望に対応。 |
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測定環境構築も含めて、超低抵抗（微小抵抗）測定や温度特性などを行う受託評価サービス。mΩ以下（μΩやnΩ）クラスの評価に対応。 |
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任意の大電流を単パルスや連続波形として試料に印加し、破壊耐量などを評価する受託評価サービス。1 kA以上やms以下の評価にも対応。 |
【関連リンク】
WTIブログもご覧ください
WTIの技術、設備、設計/開発会社の使い方、採用関連など、幅広い内容を動画で解説しています。
当社のワイヤレス給電技術は、中小企業が独自に開発した製品・技術のビジネス拡大を応援していただけるとのご趣旨の下、経済産業省近畿経済産業局の「関西ものづくり新撰2018」に選定されています。
みなさんこんにちは。WTI営業部 奥田です。
わたしたちWTIには、日々沢山のお客様からいろいろなご相談が届きます。
みなさん、お久しぶりです。
株式会社Wave Technology 通信設計第二課の河越です。
現在私は製品の維持設計業務を担当しています。
みなさん こんにちは。第一技術部 基板設計課の木戸です。
はじめまして、第一技術部ソフトウェア設計課の林と申します。
私の自宅は大阪なのですが、年初から新しいミッションを遂行すべく、関東の地に赴任して初めての職務に取り組んでいます。
その初めての職務と言うのが、ソフト開発ではなくFAE（フィールドアプリケーションエンジニア）で、対象は車載用マイクロコントローラです。
WTI社長の石川です。
みなさま、本当にお久しぶりです。
はじめまして。電源設計課の富永です。