日立、小型化した鉄道車両用３．３kV／１，２００Aパワーモジュールを開発

従来比約３分の２サイズの
鉄道車両用３．３kV／１，２００Aパワーモジュールを開発
最高動作温度１５０℃で損失を２０％低減


　株式会社日立製作所（執行役社長：中西　宏明／以下、日立）は、このたび、従来の約３分の２のサイズに小型化した１，５００V架線用の鉄道車両用３．３kV（キロボルト）／１，２００A（アンペア）パワーモジュールの開発に成功しました。開発したパワーモジュールには、現在主流のSi（Silicon：シリコン）を用いており、主として架線から供給される直流電圧をモーター駆用の交流電圧に変換するインバーターに搭載されるものです。今回開発した技術は、パワーモジュールの小型化、および小型化により発生する温度上昇を防ぎ、鉄道車両用インバーターへの実装を可能とします。これにより、鉄道車両用インバーターの小型化や軽量化、省エネ化に貢献します。

　鉄道は、環境負荷の少ない輸送システムとして、近年世界的に需要が高まっていますが、さらなる高効率化に向けて、車両やインバーターの軽量化に向けた開発が進められています。日立は、１９９２年に世界で初めてSi−IGBT（Insulated　Gate　Bipolar　Transistor）モジュールを適用した鉄道車両用インバーターの実用化に成功して以来、IGBTモジュールの低損失化と高信頼化の技術開発に取り組んできました。Si−IGBTモジュールには、７５０V架線用の１．７kVと１，５００V用の３．３kVの２種類のモジュールがありますが、より高電圧での動作が必要な３．３kVのモジュールには、一般的に１４０mm×１９０mm規格が採用されており、インバーターの軽量化に向けて小型化が望まれていました。そこで今回日立は、３．３kVモジュールを従来比約３分の２へ小型化を実現すると共に、小型化により発生する温度上昇に対応し、インバーターへの実装を実現するための技術を開発しました。
　開発した技術の特長は以下の通りです。

・（１）Si−IGBT，ダイオードチップの電流密度の向上技術
　パワーモジュールの小型化のためには、チップの電流密度を高める必要があります。今回、IGBTチップをトレンチゲート構造（＊１）とすることによって電流密度を向上させ、セルサイズを約３分の２に縮小しました。また、構造の変更により、従来に比べ損失を２０％低減できることを確認しました。

・（２）高温対応実装技術
　パワーモジュールの小型化のために、チップあたりの電流密度を高めると、温度が上昇します。そこで、チップへの熱集中を防ぐために高熱伝導絶縁基板を用いました。また、シミュレーションにより最適なチップ配置を決定、接合材にはスズ銀系半田を、端子の接続部には超音波による金属接合方式を採用することによって、開発品の熱抵抗を２０％低減することに成功しました。また、今回開発したモジュールに用いた素材は、RoHS指令（＊２）へ対応するものです。

　日立は、今後も環境性能に優れた技術を開発し、低炭素社会の構築、地球環境の保全に貢献していきます。本技術は、５月１４日にドイツで開催される「PCIM　Europe　２０１３」および５月２７日に日本で開催される「ISPSD　２０１３」で発表予定です。

　＊１トレンチゲート構造：半導体表面に溝を形成し、その内部にゲートを設けた構造
　＊２RoHS指令：電子・電気機器における特定有害物質の使用制限についての欧州連合（EU）による指令


　※製品画像、参考画像は添付の関連資料を参照


以上