みなさんこんにちは、STMicroElectronicsの吉尾です。このセミナーでは、パンモーターや生活家電、サーボモーター、インバーターなどに使用され、酸素ドライブ製品の設計管理や消費電力削減に貢献するインテリジェントパワーモジュール、より高電力の産業ドライブなどに最適で、従来のIGBTと比べて、高性能なシリコンカーバイドモセットを使用したパワーモジュールの最新製品について解説します。まずSTについて、全体的な紹介をさせていただきます。STMicroElectronicsは、マイコンからパワーハンドウタイ、パワーモジュールまで、さまざまな製品を展開させていただいているグローバルのハンドウタイ企業になります。グロック従業員数は5万名以上、研究開発スタッフとしては9,000名以上、または2022年の売上高は161億ドル。これは日本円で約2兆円程度の売上規模になります。また、世界各国に80のセールスオフィス、また20万歳以上の顧客をサポートさせていただいております。工場としては、マイコン、アート工程、またシリコンカーバイドのサブストレート工場を含めまして、14工場がございます。次に、このSTMicroElectronicsの全体のロケーションについて説明させていただきます。これがSTの開発拠点、およびセールスオフィス、マイコン・アート工程の地図になります。STはヨーロッパの会社ですので、主要な研究開発設備、主要なセールスオフィスはヨーロッパに多く位置しております。ですが、世界的なハンドウタイ企業ですので、主要セールスオフィスとしては、日本にも3拠点。中国、韓国、またアジア、オセアニア、インド、アメリカといったところにも、主要なセールスオフィスを展開させていただいております。マイコン・アート工程、ハンドウタイ工場のマイコン・アート工程に関しては、主にヨーロッパ大陸、またアート工程に関しては、中国をメインの拠点とさせていただいております。世界的なハンドウタイ企業であるSTの長期的なサポートに基づくSTの戦略ですけれども、まず大きく3つ注力分野がございます。1つがスマートモビリティ、パワー&エネルギー、IoT&コネクティブティです。これはやはり、まずは自動車の電動化、またその電動化した自動車がネットワークにつながって、より安全で環境に優しくといった世界的なソリューションを提供していこうという、まずはスマートモビリティの戦略になります。次にパワー&エネルギー、これは電力効率の向上、再生化のエネルギーの活用をサポートしていこうという戦略になります。最後にIoT&コネクティブティ、これはスマートのIoT機器の副用に貢献しようといった戦略、この大きな3つの柱を持っています。このうちに今日紹介させていただくのは、パワー&エネルギーがメインの戦略の柱ということになります。まずスマートモビリティについて少し紹介させていただきます。より安全で環境に優しく、コネクティブとの自動車の実現に貢献する確信的ソリューションと言った位置付けで、まずはより安全な道路&より快適で便利な自動車。これは一つの例としては、交通事故により多くの犠牲者と5千億ドル、これは爆弾なコストが毎年発生していると言っているところで、これはより安全な道路&より快適な便利な自動車といったところに貢献したいというふうに考えております。そしてまた、今ではまだ普及化学帯にあるとは言えない電気自動車。これをより低価価格で魅力的な製品にしていくと言っている目標を持っています。EVの販売台数ですけども、これは日本ではそこまでの台数は販売台数としてカウントされておりませんが、全世界では2025年には約3千万台になると予測されています。2021年の実績としてすでに1千万台の車が全世界で販売されております。ところで一方で、まだまだ台多数の2021年、2025年に生産された自動車の80%以上がやはり従来のエンジンを搭載しております。この分野でもより環境に優しいエンジンといったものの需要がございます。それについても貢献をさせていただきたいというふうに考えております。次に今回のメインであります、エンジンのエネルギーのソリューションの柱になります。ここは、まずやはり電力効率の向上です。そして次には再生可能エネルギーの活用をサポートしていくと、そのテクノジー&ソリューションの戦略の柱となります。今後、まず第1の前提として、全世界における電力需要は増加します。これが2020年から2030年で30%以上の電力需要が増えると見込まれています。これは現在、世界中で使われているエネルギーが1.3倍になるということなので、これは効率を向上させないと、やはり効率・パワーによる効率・悪化、パワーによるロスといっても必ず熱になりますので、効率を向上させるというのは、まずは市場命題といった位置付けになります。次に炭素排出量の削減による地球温暖化対策。これは、昨今のニュースでもよく言われていますが、地球温暖化による対策としては、約1.5度以内に抑えるためには、今後その30%以上増加する電力需要を背景に持ちながらも、CO2の排出量は45%を削減しなきゃいけないと、同じ時期に、こういう同時に一見相反するような目的を達成するためのソリューションテクノロジーを提供させていただきたいと思っています。そのための一つの鍵となるものは、再生化のエネルギーです。これは現在の石炭・石油といった化石燃料に変わるものとして、この再生化の資源による電力供給の割合が2020年から2030年には、今までの約1割といったところから2割といったものに増えると予測されています。これをやはり一つの地球温暖化に対するソリューションの一つとして、STとしてもそれをバックアップしていきたいと考えております。実際にではこれをどのような反動体として提供させていただくのかといったことについて次に紹介させていただきます。まずはIGBTです。このIGBTというものは、昔からモータードライブまたは大電力用の用途として非常に使われていた技術で、主に大電力・大電圧用途で使われてきた技術になります。ここにSTのIGBTのラインナップを紹介させていただいています。主にやはり600VのHシリーズ、600VのMシリーズ、これは600V、650Vにおいてモーターコントロールソリューションに最適なラインナップになっております。1200V、Mシリーズ、これもモーター、1200Vより大電力のところでのモータードライブに最適なソリューションになっております。さらに1700VのMシリーズ、これはより1200Vで高いシリーズとして現在、量産開始をしております。このモータードライブといったところによる共通するものとして、やはり短落大量、やはり実際に何か問題が起きた時に対策するための電力供給をストップするための時間といったものに対する取り組みです。それがこの4つのシリーズで保証されております。それを収積したインテリジェントパワーモジュール、リアクションIPMといわれるもののラインナップがいかになります。これはやはり小さいところとしてはやはりファンモーター、そうですね、エアコンのファンモーター、または空気製造機のファンモーター、あといった用途から、その充電力用と600Wから1キロWといったところで洗濯機などの白物加電、さらに大電力用となってくるとサーボモーター、エアコンの質外機のコンプレッサドライブなどに使われるこれはIGBTとゲートドライバーを収積したソロイションになってきます。この様々な電力に応じて、様々なパッケージ、またはIGBT、またそれと関流ダイオードを収積したソリューションをSTとしては提供させていただいております。まず小型のスリムナのシリーズに関しての紹介をさせていただきます。これは低電力用のファンモーター用途に最適なシリーズになります。また、電流定格が大きいところでは8Aの電流定格がありますのでこれは比較的小さいコンプレッサドライブなどに使われることもあります。あとはロールシャッターなどに使われるアプリケーションもございます。これはパワースイッチングソースとしてはIGBTの先ほど紹介させていただいたトレンチゲートフィードドストップのみではなくプレーナーのIGBT、あとはモスペットの高速のスーパージャンクションモスセットを収積したテクノオジーですけれども、それを収積したラインナップを持っています。これはゲートドライバーまたはパワー素子のみではなく故障保護用のコンパレーター、あとはより高度な電流形質用のペアンプ、または各フェーズの電流形質用のオープンエミッタ構成さらにブートストラップダイオードを収積しており、またソーゴロック機能UVLをなどといった様々な保護機能も内蔵しています。これはスルーホールタイプのパッケージまたはSMDパッケージによって提供されます。また、入力用のロジック入力に関してはストレートリードまたは自動リタンシーオプションといった様々なパッケージオプションにも対応しております。次にこれがより電流定格の大きなスリムセカンドシリーズになります。これは8アンペアから35アンペアまでの電流定格に対応しています。これはゲートドライバーとIGBTとダイオードを収積したソリューションになります。これに関しては、あとはスイッチング素子に最適化されたドライブ回路等、低いEMI、これはすべてハイサイドドライバー、ローサイドドライバー、IGBT、ダイオードといった内蔵素子がすべてST内製で作られており、この組み合わせを最適化することにより低いEMIとの実現しています。さらに熱定価を下げるためにDBCといった構造を採用しております。さらにこれもブートスラップダイオード収積で、さらに最大切合温度175度といったIGBTを内蔵しています。さらにこれも保護素子保護機能がかなり内蔵されておりまして、独立スターオープンエミッター出力、これはNTCのサーミスターを出席しています。これは熱の発生源であるIPMの熱をダイレクトにより正確に検出するためのNTCサーミスターが内蔵されるオプションがございます。それに追加して従来から使われているローボーテージアICにある反動体による温度センサー出力、これは従来通り内蔵しております。2.5mm保障保護用のコンパレーター、シャットダウン入力ウエラー出力、あとは絶縁定格としては2,000VのRMSを保証しております。先ほど少し触れさせていただきましたDBCによる業界最高出水準の熱抵抗のパフォーマンスについて説明させていただきます。これはIGBT及びスーパージャンクションモンセットの両方について適用されるパッケージ構造になります。DBCはダイレクトボンドカッパーといった構造の略小としてDBCといった単語が用いられておりましてこれは2つの銅のレイヤーをセラミックによって絶縁させるといったプロセス構造になっております。これによって極めて良好な絶縁特性と極めて良好な熱電動特性、良好な放熱特性といったものを実現できる構成になっています。当時にこの銅のレイヤーについてこの銅のレイヤーにパワーハンドウタイ素子を接合するんですけどもその接合プロセスをシンクソルダリングを用いておりましてこれにより従来その熱抵抗を上昇させる原因ともなっていたボイドですね。ボイドを業界水準でボイドを抑制することに成功しております。これで一番低い熱抵抗のところはスーパージャンクションの15Aのモンセットで1.1度パワワットといった水準を実現しております。これが温度検出機能です。これは従来のミリガーのものは内蔵温度センサーです。これは反動体による内蔵温度センサーになりまして反動体による温度センサーの出力をオペアアンプにより停売して出力するという従来の温度検出センサーを内蔵しております。さらに追加でこれはパッケージにNTCオプションを内蔵します。これはNTCは反動体センサーよりも高精度の温度検出ができますのでより高精度で内蔵の発熱源の温度を知りたいといった時にはこういったNTCオプションといったものを採用いただくことも可能になっております。次により高電力のスリムHPシリーズこれはサーボモーターだとかよりハイエンドのモータードライブ自動食器などに使われるソリオションになります。これは600ボルト50アンペアと1200ボルト10アンペアのラインナップを提供させていただいております。これも内蔵組合はIGBTのトレンチゲートフィールドストップのIGBTテクノロジー600ボルト50アンペアと1200ボルト10アンペアといったこれもST内製の組合を内蔵させていただいております。同様にプロテクション機能については同様のプロテクション機能を今までの紹介させていただいたオープンエミタ出力、NTCサーミスター温度センサーなどは同様に内蔵されております。これも熱抵抗を下げるためにDBC、HPS、DBCのより高性能なオプションを採用しています。これによって熱抵抗はさらに小さい一度パワットといった50アンペアクラスでは世界最高水準の熱抵抗の両高な特性を実現しております。これが電力損失と効率比較になります。これはよく使われる空調システムにおいての効率比較になりますけれどもこれ業界のベンチマークとしてボード全体の効率使用を比較させていただいております。特にやはり電力が大きいところにおいてはかなりの電力損失を提言することができるようになっていますけれども実際にはやはり低損失の傾負下のところの効率もよくなっていると言っているのがこの評価からは読み取れるという風に考えております。次により大電力のところでも用いられるシリコンカーバイドのテクノロジーについて紹介いたします。STはシーコンカーバイドのパイオニアの一者でもあります。STのシーコンカーバイドの開発の拠点はイタリアのシリア党のカターニアといったところにございます。これはSTでパワーエレクトリンニクスの開発拠点でありましてこれはシーコンカーバイドのみならずモスセット、IGBT、またはゲートドライバーといったパワーマネジメントの製品を長く開発してきている拠点になります。現状でやはり一番最初は1日の上派から始めまして現在では70以上の特許、580以上の技術・テクノロジーを搭載させていただいております。最初におきましたCNRこれはイタリアの学術会議イタリアの国立の学術会議にのサポートを受けましてオンサイト設備を活用しておりますけども基本的には30年以上にわたるパワーハンドウタイニーに関するノウハウの集積でSTのシーコンカーバーと開発さを行われております。特許すべきところはやはり一番最初からエピタクシャル装置これを全て自社内製で行っていたところが挙げられると思います。これは一番最初にエピタクシャル装置最初に入ったものは先ほど申し上げたCNRといったところだったんですけどもインターナルのエピタクシャルリアクターこれが2003年にST内に設置されております。そして2004年にまずはショットキーダイオードから始まりましてモスセットに置きましては2009年の3月にモスセットこれは3インチででも行っています。2014年この第1世代のモスセットが量産開始になってまして基本的にこの時にモスセットとしてはシーコンカーバイドのモスセットとしては世界で初めてモータードライブ用にボディーダイオードを使ってもいいといった特性をすでに実現して量産されております。そして第2世代のシーコンカーバイドのモスセットこれが2017年に量産されておりますけどもこれが車のトラクションインバーター車載のトラクションインバーターに採用されまして現在に至るシーコンカーバイドのブームの一つの基礎を作ったデバイスといって良いかと思います。現状ではシーコンカーバイドのSTの世代第3世代です。これはさらに第1世代第2世代と比べてより電圧のラインナップを増やしたまた単位面積あたり音抵抗を小さくしたといった目標で開発を続けています。さらに現在第4世代第1個世代といった開発を続けていますけども同時にシーコンカーバイドのウイハープロセス開発だけではなくシーコンカーバイドのサブストレートインゴットの内製にも取り組んでおります。これは今先ほど少し申し上げました戦略的創造計画の一つとしてまずは一つはSTは総合反動隊企業ですのでさまざまな製品に関して投資を行っていますけども一つはまず毎今の分野の300ミリウヘアの生産能力の拡大を行っていますがもう一つの柱としてここで申し上げていますワイドバンドギャップ生産能力これを非常に注力しておりますこれはイタリアの方にありますのはシーコンカーバイドの生産拠点の拡充またここでは触れませんがもう一つのワイドバンドギャップギャンについてましてはツールフランスで積極的な生産能力の拡大を計画しておりますこれがシーコンカーバイドの垂直投業戦略の外略になります今まではシーコンカーバイドのウェファープロセスのみが100%自社内製だったんですけどもこのシーコンカーバイドの現在量となるインゴットまたサブストレートといったものこれは今までは他者様から購入させていただいてきたものをSTで内製しようという計画を持っていますこれを今まで購入させていただいた現在量のインゴットまたサブストレートに関して40%以上をST社内で作るとその以降のウェファープロセスについてはエピマで含めて100%自社内製というものは引き続き生産を継続してまいりますその一つの大きな生産能力拡充のキーとなるものが200mmウェファー100mmウェファーですSI-CはSI-Cコント比べて結晶成長またサブストレートを作る難易度が高く今までは6インチ製品が一番大光景でしたでそれについてSTとしてはまず一番世界でもおそらく一番最初のプロセスとして200mmウェファー8インチのウェファーといったものを動いております既にこの統合型SI-Cウェファー工場インゴットから最終工程までといった工場は2023年に生産開始をしておりまして2024年に40%の内製といった目標につきまして着々と工場の拡張計画を進めております次にこのシーコンカーバイドを内蔵しました応用製品シーコンカーバイドのパワーモジュール製品について紹介させていただきますこれがSTのシーコンカーバイドを内蔵したSパックパワーモジュール製品の概論になりますここはやはりパワーモジュールですので先ほどの紹介させていただいたモンスセットIGBTを用いました製品よりもより大電力のレンジになってきます少ない電力レンジからSパック1、Sパック2DMT2そして最後にはSパックドライブこれは車載品のトラクションインバーター用のパッケージになりますけどもこういったパッケージ300kWから300kWといった二桁違う電力体に適用されるようなシーコンカーバイドのモジュールといったラインナップをSTとして提供させていただいておりますまずSパック1&2製品ラインナップといったところで基本的に標準のIGBTモジュールとしてSTとしてラインナップさせていただいているソリューションについて解説いたしますこれはソルダープレッスフィット両方に対応したモジュールになります重大のIGBTモジュールといったものは主にモータードライブまたはエアコンさらにサーボモーターまた太陽光といったアプリケーションによく使われるソリューションになりますけどもこれらはそういったアプリケーションに反応的に対応できるソリューションになりますまず最初には6スパックそしてコンバータインバーターブレーキといった構成のIGBTモジュール戦略ボルト25アンペアから戦略ボルト75アンペアのラインナップまでIGBT標準モジュールとして用意させていただいております次は1&2収容アプリケーションとしてはやはり今申し上げましたモータードライブ太陽光発電無定電低でUPSさらにXIV用の充電スタンドといった用途が考えられております戦略ボルトのシーコンカーバイドのパワーモジュールとしては以下のラインナップが先に量産に至っておりますこれは主に太陽光発電用のTタイプモジュールである4フォーパックこれはシーコンカーバイドのモスセットを4つ内蔵して1200ボルト12ミリオームといった今までのIGBTでは統定できなかったような低音抵抗を実現したソリューションになっておりますそれを用いました50キロワットのコンバーター構成の1つの例がいかになります1つはA2U 左側にあるA2Uといったタイプの3レベルのTタイプのトポロジーのソリューションになります他には4パックA1Fといったものから始まるパッケージでフルブリッジトポロジーを用いたソリューションこういったモジュール構成によりましてまずアクティブPFCさらには絶対のDCDCWやLLCといった構成が可能になりますさらにこういったモジュールをどうやって実装する前にといったところに置きましてもSTはソリューションとしてST Power Studioというシミュレーションソフトウェアを用意させていただいておりますこれはSTのEデザインスーツオンラインで提供されておりまして今紹介させていただいたスリムIPMシリーズやASPACファミリーをサポートした各トポロジーに応じて性的なロードミッションプロファイルまた普通の熱情見設定に対応した接合分温度解析などにも対応した熱解析シミュレーションソフトウェアになりますなのでここにシミュレーションオンラインで実行することにより大よその目安といったものがつけやすくなっているというふうに考えております最近リリースされたリリース2.0ではPW変調や多段階シミュレーションデスクトップ及びモバイル用の具合の改善といった新しいリリースも最近リリースさせていただいておりますこういった今までのラインナップまたシーコンカーバイドのパワーモデルのリファレンス設計といったところに関してでは実際にどういったレートなるようなリファレンス設計があるのかどうかともういったものについて一部を紹介させていただきます一つはこの25キロワットのこれは入力電圧が800Vですのでこれはシーコンカーバイドパワーモデルとしては1200Vを持ちいます出力電圧が250Vから500V出力電圧は電力は25キロワットこの要望に対してピーク効率は98%以上スイッチング周波数100KHzのスイッチング周波数で実現しますこれに搭載されている主なモジュール製品が先ほど少し紹介させていただきましたエースパック2のフルブリッジ製品またハーフブリッジ製品またゲートドライバーとしてはSTGAP2 SISそしてこれをコントロールするズノーブとしてはSTM32G4といった製品これは汎用の32ビットマイコンですけどもこちらを持ち行ってフルで提供させていただいているフルブリッジ製品がございますこの簡単なキット構成になりますこれはこのリファレンスデザインに入っている提案のハードウェア構成になりますこれにはエースパック2 A2 H2のハーフブリッジ製品エースパック2といってもA2 Fこれはフルブリッジ製品になりますこれをいくつかのリファレンスデザインと組み合わせて持ち入ることによりDABといった構成を実現しておりますこれが一つの例です電力変換効率の例になりますこれはバス電圧が800Vスイッチング周波数が100KHz出力電流が60A出力電圧は440Vの電圧制御になります放熱条件としてはヒートシンクまたファンといったものの使用を想定しています以上を持って解説の方を終わらせていただきますご清聴いただきありがとうございました