シリコン カーバイド半導体

シリコン カーバイド半導体製品

www.microchip.com/SiC

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目次

概要 .......................................................................................... 3

スイッチング効率の向上 .............................................................. 4

SiC ディスクリートおよびモジュール製品の命名規則 ...................... 5

ディスクリート製品 ...................................................................... 6

パワーモジュール ........................................................................ 7

AgileSwitch ゲートドライバ ソリューション ................................... 9

SiC のリファレンス デザイン ....................................................... 10

Note ....................................................................................... 11

シリコン カーバイド半導体製品 3

概要

画期的な技術で高性能と低損失を両立 シリコン カーバイド (SiC) 半導体はシステム効率の改善、小型化、高温対応を目指すパワー エレクトロニクス設計者に革新的な選択肢であり、産業、輸送/車載、医療、航空宇宙、防衛、通信等の市場向けの製品に使えます。弊社の次世代 SiC MOSFET と SiC SBD は定格 ON 抵抗 (電流) 時の繰り返し誘導負荷スイッチング (Unclamped Inductive Switching: UIS) 能力が高められています。弊社の SiC MOSFET は約 10～25 J/cm2 という高い UIS 能力と堅牢な短絡保護性能を備えています。Microchip 社の SiC ショットキー バリアダイオード (SBD) は低逆電流時のサージ電流、順方向電圧、熱抵抗、熱容量の定格のバランスが取れており、スイッチング損失が低減されています。さらに弊社の SiC MOSFET と SiC SBD のダイは組み合わせてモジュールで使えます。Microchip 社の SiC MOSFET と SiC SBD 製品は AEC-Q101 規格に適合します。

• スイッチング損失の大幅な低減によるシステム効率の向上• 電力密度の向上によるフットプリント、サイズ、重量の低減• 熱伝導率がシリコンの 3 倍

• ヒートシンク要件を軽減する事で小型軽量化を実現• 最大動作温度が高いため、高い電力密度でも高い信頼性を維持• 実績のある Microchip 社製品の信頼性/堅牢性、サプライチェーン、

サポート

SiC は高周波および高電力密度 アプリケーションに対応する優れた技術

低い電力損失 高い最大周波数 高い接合部温度

冷却が容易 システムの小型化

高い信頼性

車載 産業 航空 防衛 医療

• 品質 : 実績のある信頼性と堅牢性• 供給 : サプライチェーン全体にわたってリスク回避型手法を採用• サポート : 設計およびアプリケーション サポートが充実した標準的ディス

クリート、ダイ、モジュール、ゲート駆動ソリューションMicrochip 社の

SiC ソリューション

QSS品質

サポート供給

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スイッチング効率の向上

SiC は高スイッチング周波数、高効率、高電圧 (650 V 超) アプリケーションに理想的な技術です。主なターゲット市場とアプリケーションは以下の通りです。 • 産業 - モータ駆動、溶接、UPS、SMPS、誘導加熱• 輸送/車載 - 電気自動車 (EV) バッテリ用充電器、車載充電器、

ハイブリッド車 (HEV) パワートレイン、DC-DC コンバータ、エネルギ回生

• スマートエネルギー - 光起電 (PV) インバータ、風力タービン• 医療 - MRI の電源、レントゲン装置の電源• 商用航空 - アクチュエータ、空調、配電• 防衛 - モータ駆動、補助電源、車両統合制御システム

SiC MOSFET と SiC ショットキー バイアダイオード製品ラインを使うと、シリコン製の MOSFET と IGBT のソリューションに比べてシステムのダウンサイズと冷却システムの小型化/低コスト化が可能なため、総所有コストの低減とシステムの効率化を図れます。

先進の R&D と製造設計• TCAD 設計およびプロセス シミュレータ• マスク作成とレイアウト• 有限要素解析 (FEA) および電熱シミュレーション技術• 高信頼性設計

プロセス• 車載品質の自社工場とファウンドリ• 独自の高信頼性ゲート酸化膜プロセス• SiC プロセス専用装置 - イオン注入、アニール、エッチング、

拡散、メタル デポジション

解析とサポート• 故障解析を社内で実施• SEM/EDAX• サーマル イメージング• フォト エミッション顕微鏡システム (Phemos 1000)

信頼性試験とスクリーニング• AEC-Q101• バーンインと信頼性スクリーニングのためのツールおよび機器

一式• Sonoscan と X 線

シリコン カーバイド半導体製品 5

SiC ディスクリート製品

SP6LI SiC パワーモジュール

MSC Microchip

nnn SiC SBD: Current SiC MOSFET: RDS(on)

Sxy S: Silicon Carbide (SiC) x: D = Diode M = MOSFET y: Revision or generation

p Package code B = TO-247-3L B4 =TO-247-4L K = TO-220 D/S = Die S = D3PAK J = SOT-227

MSC nnn Sxy vvv p

vvv Voltage 070 = 700 V 120 = 1200 V 170 = 1700 V

MSC = Microchip G = RoHS compliant

Semiconductor type: SM = MCHP SiC MOSFET die

Breakdown voltage: 70 = 700 V 120 = 1200 V 170 = 1700 V

RDS(on): M02 = 2 mOhms M03 = 3 mOhms M042 = 4.2 mOhms

Anti-parallel Diode: C = added SiC Diode Left blank = no diode

Temperature Sensor: T = Thermistor (NTC) Left blank = no NTC

Package: 6LI = SP6 Low Inductance

Substrate material: A = AIN N = Si3N4

Baseplate material: M = AISiC Left blank = Copper

Electrical topology: A = Phase Leg

MSC SM 120 A M02 C T 6LI A G

SiC ディスクリートおよびモジュール製品の命名規則

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ディスクリート製品

SiC ショットキー バリアダイオード製品番号 電圧 (V) IF (A) パッケージ

MSC010SDA070B

700

10 TO-247MSC010SDA070K 10 TO-220MSC030SDA070B 30 TO-247MSC030SDA070K 30 TO-220MSC050SDA070B 50 TO-247MSC010SDA120B

1200

10 TO-247MSC010SDA120K 10 TO-220MSC015SDA120B 15 TO-247MSC015SDA120K 15 TO-220MSC030SDA120B 30 TO-247MSC030SDA120K 30 TO-220MSC030SDA120S 30 D3PAKMSC050SDA120B 50 TO-247MSC050SDA120S 50 D3PAKMSC010SDA170B

170010 TO-247

MSC030SDA170B 30 TO-247MSC050SDA170B 50 TO-247

SiC MOSFET製品番号 電圧 (V) RDSon (m Ω ) パッケージ

MSC090SMA070B

700

90TO-247

MSC090SMA070S D3PAKMSC060SMA070B

60TO-247

MSC060SMA070B4 TO-247-4LMSC060SMA070S D3PAKMSC035SMA070B

35TO-247

MSC035SMA070B4 TO-247-4LMSC035SMA070S D3PAKMSC015SMA070B

15TO-247

MSC015SMA070B4 TO-247-4LMSC015SMA070S D3PAKMSC080SMA120B

1200

80

TO-247MSC080SMA120B4 TO-247-4LMSC080SMA120S D3PAKMSC080SMA120J SOT-227MSC040SMA120B

40

TO-247MSC040SMA120B4 TO-247-4LMSC040SMA120S D3PAKMSC040SMA120J SOT-227MSC025SMA120B

25

TO-247MSC025SMA120B4 TO-247-4LMSC025SMA120S D3PAKMSC025SMA120J SOT-227MSC750SMA170B

1700

750TO-247

MSC750SMA170B4 TO-247-4LMSC750SMA170S D3PAKMSC035SMA170B

35TO-247

MSC035SMA170B4 TO-247-4LMSC035SMAS170S D3PAK

SOT-227TO-268TO-247-3L TO-220TO-247-2L TO-247-4L

SiC MOSFET の特長と利点特性 SiC と Si の比較 結果 利点

電界破壊耐量 (MV/cm) 10 倍高い 低 ON 抵抗 高効率飽和ドリフト速度 (cm/s) 2 倍高い 高速スイッチング 小型化

バンドギャップ エネルギ (eV) 3 倍高い より高い接合部温度 冷却性の向上熱伝導率 (W/m.K) 3 倍高い より高い電力密度 より大きい電流出力

正温度係数 自己制御 並列化が容易

シリコン カーバイド半導体製品 7

パワーモジュールの利点• 高速スイッチング• 低スイッチング損失• 低入力容量

• 高電力密度• 薄型パッケージ• 最小限の寄生インダクタンス

• 低システムコスト• 標準モジュールとカスタム モジュール• 30 年を超える設計実績

パワーモジュール

製品番号 タイプ 回路方式 電圧 (V) RDSon (m Ω ) 電流 (A) Tc = 80 ℃ パッケージ Note

MSC2X30/31SDA070J

SiC ダイオード モジュール

デュアル ダイオード(逆並列/並列)

700

- 30 SOT-227

MSC2X50/51SDA070J - 50 SOT-227

MSC2X100/101SDA070J - 100 SOT-227

MSC2X30/31SDA120J

1200

- 30 SOT-227

MSC2X50/51SDA120J - 50 SOT-227

MSC2X100/101SDA120J - 100 SOT-227

MSCDC50H701AG

フルブリッジ

700

- 50 SP1

MSC50DC70HJ - 50 SOT-227

MSCDC100H70AG - 100 SP6

MSCDC200H70AG - 200 SP6

MSCDC50H1201AG

1200

- 50 SP1

MSC50DC120HJ - 50 SOT-227

MSCDC100H120AG - 100 SP6

MSCDC200H120AG - 200 SP6

MSCDC100H170AG

1700

- 100 SP6C

MSCDC200H170AG - 200 SP6C

MSCDC50H1701AG - 50 SP1

MSC50DC170HJ - 50 SOT-227

MSCDC100A70D1PAG

位相レグ

700

- 100 D1P

MSCDC150A70D1PAG - 150 D1P

MSCDC200A70D1PAG - 200 D1P

MSCDC300A70AG - 300 SP6

MSCDC450A70AG - 450 SP6

MSCDC600A70AG - 600 SP6

MSCDC100A120D1PAG

1200

- 100 D1P

MSCDC150A120D1PAG - 150 D1P

MSCDC200A120D1PAG - 200 D1P

MSCDC300A120AG - 300 SP6

MSCDC450A120AG - 450 SP6

MSCDC600A120AG - 600 SP6

MSCDC300A170AG

1700

- 300 SP6C

MSCDC450A170AG - 450 SP6C

MSCDC600A170AG - 600 SP6C

MSCDC100A170D1PAG - 100 D1P

MSCDC150A170D1PAG - 150 D1P

MSCDC200A170D1PAG - 200 D1P

MSCDC100KK70D1PAG

デュアル共通カソード

700

- 100 D1P

MSCDC150KK70D1PAG - 150 D1P

MSCDC200KK70D1PAG - 200 D1P

MSCDC100KK120D1PAG

1200

- 100 D1P

MSCDC150KK120D1PAG - 150 D1P

MSCDC200KK120D1PAG - 200 D1P

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パワーモジュール

製品番号 タイプ 回路方式 電圧 (V) RDSon (m Ω ) 電流 (A) Tc = 80 ℃ パッケージ Note

MSCDC100KK170D1PAG

SiC ダイオード モジュール

デュアル共通カソード 1700

- 100 D1P

MSCDC150KK170D1PAG - 150 D1P

MSCDC200KK170D1PAG - 200 D1P

MSCDC50X701AG

3 相ブリッジ1200

- 50 SP1

MSCDC50X1201AG - 50 SP1

MSCDC50X1701AG 1700 - 50 SP1

MSC100SM70JCU2

SiC MOSFET モジュール

昇圧チョッパ

70015 97 SOT-227

MSC100SM70JCU3 15 97 SOT-227

MSC40SM120JCU2

1200

40 44 SOT-227

MSC70SM120JCU2 25 71 SOT-227

MSC130SM120JCU2 12.5 138 SOT-227

MSCSM120DAM11CT3AG 11 202 SP3F

MSC40SM120JCU3

降圧チョッパ

40 44 SOT-227

MSC70SM120JCU3 25 71 SOT-227

MSC130SM120JCU3 12.5 138 SOT-227

MSCSM120SKM11CT3AG 11 202 SP3F

MSCSM70HM19CT3AG

フルブリッジ

700 15 97 SP3F

MSCSM120HM31CT3AG

1200

25 71 SP3F

MSCSM120HM16CT3AG 12.5 138 SP3F

MSCSM120HM50CT3AG 40 44 SP3F

MSCSM70AM19CT1AG

位相レグ

700

15 97 SP1F

MSCSM70AM07CT3AG 5 276 SP3F

MSCSM70AM10CT3AG 7.5 188 SP3F

MSCSM70AM025CD3AG 2.5 538 D3

MSCSM70AM025CT6AG 2.5 538 SP6C

MSCSM120AM16CT1AG

1200

12.5 138 SP1F

MSCSM120AM31CT1AG 25 71 SP1F

MSCSM120AM50CT1AG 40 44 SP1F

MSCSM120AM08CT3AG 6.25 268 SP3F

MSCSM120AM11CT3AG 8.33 202 SP3F

MSCSM120AM042CD3AG 4.2 394 D3 2, 3

MSCSM120AM027CD3AG 2.7 584 D3 2, 3

MSCSM120AM042CT6AG 4.2 394 SP6C

MSCSM120AM027CT6AG 2.7 584 SP6C

MSCSM70VM19C3AGVienna 位相レグ

700

15 97 SP3F

MSCSM70VM10C4AG 7.5 97 SP4

MSCSM70TAM19CT3AG

3 相ブリッジ 3 相レグ

15 97 SP3F

MSCSM70TAM10CTPAG 7.5 186 SP6P

MSCSM70TAM05TPAG 5 273 SP6P

MSCSM120TAM31CT3AG

1200

25 71 SP3F

MSCSM120TAM16CTPAG 12.5 136 SP6P

MSCSM120TAM11CTPAG 8.33 200 SP6P

MSCSM70AM025CT6LIAG低インダクタンス

SiC MOSFET モジュール

位相レグ

700 2.5 538 SP6C LI

MSCSM120AM042CT6LIAG

1200

4.2 394 SP6C LI 1

MSCSM120AM03CT6LIAG 2.5 641 SP6C LI 1

MSCSM120AM02CT6LIAG 2.1 754 SP6C LI 1

1, 2, 3: p. 9 のゲートドライバ ソリューションの表を参照してください。

シリコン カーバイド半導体製品 9

AgileSwitch ゲートドライバ ソリューション

ゲートドライバの Note 番号 * ゲートドライバ タイプ ゲートドライバ製品番号 アダプタボード製品番号

1 コア 2ASC-12A1HP SP6CA1

2 コア 2ASC-12A1HP 62CA1

3 プラグアンドプレイ 62EM1-00001 該当なし

2ASC-12A1HP

SiC デバイスを保護すると同時にスイッチング効率と EMI 性能を向上させます。AgileSwitch 2ASC デュアル チャンネル高性能ゲートドライバ コアは SiC 実装の課題に対応できるように設計されています。

62CA1 と SP6CA1 (2ASC-12A1HP と接続した図)

本モジュール アダプタボード ファミリは AgileSwitch 2ASC ゲートドライバ コアと互換で、SiC パワーデバイスを迅速に評価、最適化するためのプラットフォームです。標準製品には 1200 V SP6LI (SP6CA1) と 1200 V D3 (62CA1) のリファレンス デザインが含まれます。

62EM1

プラグアンドプレイ 62EM ゲートドライバ ボードを使うと、最新の 62 mm SiC デバイスを制御、監視、保護できます。軌道車両/電動車両向けに設計された 62EM は、構成可能なフォルト設定と特許取得済みの拡張スイッチング技術を使って最大 1.7 kV のデバイスを 100 kHz で駆動できます。

* SiC 製品の表で脚注を参照してください。

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MSCSICSP6/REF3 は低インダクタンス SP6LI パワーモジュール向けのハーフブリッジ ドライバです。• 寄生インダクタンスが 3 nH 未満と小さいため、SiC の恩恵を十分

に受ける事が可能• 並列化が容易な設計• 最大 1200 V、586 A• ハーフブリッジ ドライバ• 最大 400 kHz のスイッチング周波数• 12 V の VIN 電源• 16 W のゲート駆動電力 (各サイド) に対応• 30 A のピークソース出力電流• CMTI: ± 100 kV/µs 以上

SiC リファレンス デザイン

MSCSICMDD/REF1 はハーフブリッジ用ハイ/ローサイド ドライバ、または個別のドライバとしても利用できます。• 400 kHz の最大スイッチング周波数• 各サイドのゲート駆動電力が 8 W• 30 A のピーク出力電流• –5 V/+20 V のゲート駆動電圧• CMTI: ± 100 kV/µs 以上• 両方のゲートドライバに 2000 V 耐圧のガルバニック絶縁

使いやすいリファレンス デザインMicrochip 社とそのパートナーのエコシステムはオープンソースで使いやすい SiC MOSFET リファレンス デザイン ソリューションを提供しており、SiC MOSFET およびパワーモジュールを使った設計を迅速に市場に投入開発できます。弊社製 SiC MOSFET を使った絶縁型デュアルゲート ドライバ リファレンス デザインは多くの SiC 回路方式で利用できます。

SiC リファレンス デザイン製品番号 ゲート駆動またはライン電圧 kHz (Max.) 各サイドの駆動電力 説明

MSCSICMDD/REF –5～+20 V 400 8 W SiC ディスクリート ゲートドライバ ボードMSCSICSP3/REF2 –5～+20 V 400 16 W SiC SP3 モジュール ドライバボードMSCSICSP6L/REF3 –5～+20 V 400 16 W SiC SP6LI モジュール ドライバボードMSCSICPFC/REF5 入力 : 400 Vrms、出力 : DC700 V 140 30 kW 30 kW 3 相 Vienna PFC(設計ファイルのみ)

SP3F 標準 パッケージと互換

MSCSICSP3/REF2 は SP3F 標準パッケージ モジュールと互換のハーフブリッジ ドライバです。• 400 kHz の最大スイッチング周波数• 各サイドのゲート駆動電力が 16 W• 30 A のピーク出力電流• –5 V/+20 V のゲート駆動電圧• CMTI: ± 100 kV/µs 以上• 両方のゲートドライバに 2000 V 耐圧のガルバニック絶縁

MSCSICPFC/REF5 は、ハイブリッド車/電気自動車 (HEV/EV) の充電器および大電力スイッチング電源アプリケーション向け Vienna 3 相 PFCリファレンス デザインです。• ピーク効率 98.6% の 30 kW Vienna 整流器回路• AC380/400 V、50/60 Hz の入力電圧、DC700 V の出力電圧• 140 kHz のパルス幅変調スイッチング周波数• 電流 THD: <5%(半負荷と全負荷)• 700 V SiC MOSFET と 1200 V SiC ダイオード• デジタル制御に 3 値変調を使った dsPIC33CH

シリコン カーバイド半導体製品 11

Note

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サポートMicrochip 社は、お客様に短期間で効率良く製品を開発して頂けるようサポートの充実に努めています。製品とシステムのサポートを提供できる、フィールド アプリケーション エンジニアと技術サポートの世界的ネットワークを維持しています。詳細は www.microchip.com を参照してください。• 技術サポート : www.microchip.com/support• Microchip 社デバイスの無償評価サンプル :

www.microchip.com/sample• ナレッジ データベースとユーザ同士のディスカッション :

www.microchip.com/forums• 営業所と正規代理店 : www.microchip.com/sales

トレーニング追加トレーニングのご希望に応えるため、Microchip 社は詳細な技術トレーニング、参考資料、自分のペースで進められるチュートリアル、各種オンライン リソースを含む複数のリソースを提供しています。• 技術トレーニング リソースの概要 : www.microchip.com/training• MASTERs カンファレンス : www.microchip.com/masters• Developer Help ウェブサイト :

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2020/02/27

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