こんにちは。
『表面技術』2023年6月号を読んでいます。
読んだ記事について、気になったポイントをメモしておきたいと思います。

今回読んだ論文のタイトルは「パワーエレクトロニクスの最新動向」で著者は産総研の山口さんです。

内容

パワーエレクトロニクスの基礎説明と用途、各用途で求められる性能が説明されています。

パワエレの技術的な話も簡単に説明されており、用途の説明も専門的な部分い深入りせず、パワエレに詳しくない人に親切な書き方になっていると思います。

これを読んだら表面的な話なら会話できそうです。

パワエレ基礎

• パワーエレクトロニクスは電力変換の技術

• パワー半導体素子はスイッチの役割をしており、組み合わせることでDC/DC、DC/AC、AC/DC、AC/ACの変換を実現する

• パワーモジュールは複数のパワー半導体素子からなる基本回路をパッケージにしたもの

  • トランジスタとダイオードの組み合わせを1セットとして、6セット組み合わせたものが広く流通している（6in1構成）

• モジュール内部の絶縁や放熱性の点で、メタライズドセラミック基板が用いられることが多い

パワエレの用途

• 直流電源

  • 小型や損失抑制(高効率化)が求められる

  • パワー半導体素子だけでなく、受動部品(コンデンサやインダクタ)の小型化も重要

  • 放熱性アップ、高速駆動など、実装構造の工夫が重要

• 交流電源

  • 大きな電流容量が要求される⇒パワー半導体素子の並列動作

  • 温度や電流、配線インピーダンスの均一化が必要⇒設計ノウハウ

  • 故障や不具合を予測するためリアルタイム監視機能も検討される

• モーター駆動

  • 小型化、軽量化が求められる

  • 受動部品の小型化も重要

  • 低損失性能と低熱抵抗を両立する材料・部品を開発する必要がある

• 電力系統

  • 数kV級の電力変換・数kW級の発熱に対応

  • 絶縁確保と電力変換回路⇒設計ノウハウ

  • 高耐圧・大電流の性能が最優先

新しいパワー半導体素子

• Siパワー素子は物性値の限界に近づいている

• SiCやGaNが期待されチエル

  • SIC：スイッチング容量の大きい範囲

  • GaN：スイッチング周波数の大きい範囲

• 周辺技術の性能向上が必要

  • SiCやGaNの素子の性能は近年大きく改善している

  • 周辺部品の性能が制約となり、動作速度の上限が決まってしまう

  • 電気的特性値の温度安定性や耐久性の評価方法の標準化が課題

バトンは周辺部品側に託されている？

この記事を読む限りは、SiCやGaNのような半導体素子の性能は実用的な範囲になっているようですが、サポートする部品群の性能が追い付いていないというのが最近の動向のようです。

ということは、これからは電子部品メーカー側がしっかりと技術開発をしていく必要があり、いち早く対応した会社がシェアを取っていくのかもしれません。

感覚的には周辺部品もそれなりに進化していると思うんですが、大きい視点で見るとまだまだ開発要素が多そうですね。

今日は以上です。