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展望 2017 年度的技术成果与展望 半导体 磁盘媒体 电子元件 电子元件 127（29） 富士电机技术期刊　2018 vol.C10 no.3 半导体 关于功率半导体，由于全球能源需求的扩大以及为了防 止全球气候变暖，打造安全、安心的可持续发展社会，电力 电子技术因其能够高效利用电能，为节能、创能做贡献，而 受到人们越来越多的期待。近年来，不仅是产业设备和家电 产品，在汽车、太阳能发电、风力发电等广泛领域中，作为 电力转换元件的关键元件，功率半导体的需求正不断扩大。 富士电机的功率半导体，其能源转换效率高，多年以来，为 小型化和高性能化做出了重大贡献。

富士电机于 1988 年 将功率半导体的代表性元件 IGBT 制作成产品，之后，为了 满足进一步高效化、小型化、高可靠性化的市场需求，富士 电机又经过几代人的努力，通过多次技术革新，实现了低损 耗化、高散热化、长寿命化等。 作为最新的 IGBT，目前已经生产出了第 7 代的 IGBT 模块产品。为适应各种用途，推出了耐压范围为 650～ 3300 V 的丰富的产品系列。相较于旧产品，新的产品系列 确保了高可靠性，同时，还实现了进一步的低损耗化和小型 化，扩大了芯片的最高温度保证。同时，在小容量带，以室 内空调为目标，推出了内置了驱动 IC 和保护功能的双列直 插式结构的小容量 IPM。为扩大新系列，实现在业务用空 调上的应用，目前正在开发 50～75 A 规格的产品。

 近些年开发的 RC-IGBT，实现了 IGBT 芯片与 FWD 芯片的一体化，有望进一步实现高密度化。富士电机运用第 7 代芯片、封装和 RC-IGBT 技术，正在积极推进扩大新系 列的产品，争取在相同的封装下扩大最大额定电流。 另一方面，富士电机也在推进开发应用了近年来作为取 代硅的半导体材料而备受瞩目的 SiC（碳化硅）的产品。继 搭载了 SiC 沟槽型 MOSFET 芯片、耐压 1200 V 的 AllSiC 模块产品后，此次又开发了耐压 1700 V 的产品。 在电装领域，在削减汽车环境负荷的大背景下，开发出 了有助于引擎高效化、尾气清洁化的第 6.5 代车载用压力 传感器。采用了能够耐受测定压力介质中所含尾气导致的 腐蚀、油雾导致的带电的结构，追加了与故障诊断有关的输 出电压钳位功能，实现了产品体积的小型化（是第 6 代的约 48%）和 150 ℃下的动作保证。

此外，在用于 HEV、EV 等马达驱动的车载 IGBT 方面，采用上述 RC-IGBT 技术和 富士电机独创的直接水冷结构，积极推动产品系列化。 在分立器件产品方面，为满足产业和通信设备用电 源小型和薄型化的要求，新推出了小型、薄型的贴片型 DFN8×8 封装系列。本产品可在印刷基板上实现高密度安 装，通过设置子源极端子，还能够应对高速开关。开关元件 中搭载了最新系列“Super J MOS S2 系列”和“Super J MOS S2FD 系列”。此外，从节能和维护的观点出发，设 施用照明的 LED 化不断推进。面向设施用 LED 照明的电 源，富士电机实现了调光控制用“FA7A00Y 系列”的产品 化。本产品支持各种调光用输入信号，可实现高精度、响应 快的 LED 照明的调光控制。并且，能够以较少的零部件数 量，简单地设计出符合修正后的安全标准 IEC 61347-1 的 电源。 富士电机今后将继续开发环保型功率半导体产品，不断 为实现安全、安心、可持续发展的社会作出贡献。

 磁盘媒体 随着物联网（IoT）普及的加快，存储容量的需求以 40% 的年率不断增长。硬盘驱动器（HDD）获得了以 Amazon、Google为代表的超级数据中心的主要存储器的地位， 数据中心用 HDD 的近线机种正逐渐成为 HDD 市场中的主 力产品。富士电机于 2017 年度正式启动了近线 HDD 用磁 记录介质的量产。将以高度的磁性层技术和可靠性技术开发 更大容量的 HDD，为扩大数据中心这一社会基础设施提供 帮助，为发展高度信息化社会做贡献。 2017 年度的技术成果与展望 电子元件 128（30） 富士电机技术期刊　2018 vol.C10 no.3 图１

　Small-IPM “Large-type” 1　Small-IPM “Large-type” 近年来，面向店铺和办公室的高度节能大容量空调以 及通用变频器、伺服的市场不断扩大。富士电机正在开发 Small-IPM 的大容量型系列产品，它内置了功率器件、保 护电路和驱动电路，可简单构建用于驱动这些设备马达的变 频系统，并将其集成在一个封装电路中。本产品运用了第 7 代 IGBT 技术，实现了低损耗化。并借助高耐热封装技术， 将动作温度扩大到了 150 ℃。因此，可为对象设备节能性 能的提升和电力密度的提高做出贡献。产品外形为 79×31 （mm）的小型双列直插式结构，计划从 650 V/50 A， 75 A 规格开始推出系列产品。 半导体 （a）第 6.5 代 （b）第 6 代 图２　

车载用压力传感器 2　第 6.5 代车载用压力传感器 相关论文 ：富士电机技术期刊 2018，vol.C10，no.1，p.28 现在，社会上要求汽车削减环境负荷的呼声非常强烈， 此次，富士电机开发出了有助于引擎高效化和尾气清洁化的 第 6.5 代车载用压力传感器。该产品具有对测定介质的耐 腐蚀性能和耐带电性能，并追加了输出电压钳位性能，实现 了 150 ℃下的动作保证和小型化（体积比约 48%）。其主 要特点如下 : ⑴　产品尺寸（树脂部）：W7.5×H10×D5.6（mm） ⑵　使用温度范围 ：-40 ～ +150 ℃ ⑶　使用压力范围（进气压传感器）：20 ～ 120 kPa ⑷　输出电压（电源电压 5 V 时）：0.5 ～ 4.5 V ⑸　耐腐蚀性能 ： 符合 JASO M611-92/B 法（汽油、柴 油成分） ⑹　钳位功能 ：钳位电压 0.3 V/4.7 V（typ.） 

图３　“FA7A00Y 系列” 3 LED 照明电源用调光控制用 IC“FA7A00Y 系列” 受节能、长寿命观点的影响，LED 照明的市场正急速 扩大，其中，对于兼具调光功能的 LED 照明设备的需求不 断增加。因此，对于 LED 照明电源，也要求其能够满足高 精度的调光功能。并且，安全标准 IEC61347-1 修正（调 光电路的绝缘）后，电源也被要求应符合相关规定。 富士电机为满足这些要求，开发出了 LED 照明电源用 调光控制用 IC“FA7A00Y 系列”。其主要特点如下 ： ⑴　支持 3 种输入方式（DC 电压、可变电阻、PWM），输 出 Duty 与目标值之间的误差在 ±5% 范围内 ⑵　亮度变化时的响应时间在 50 ms 以内，可实现高速响 应 ⑶　符合安全标准 IEC 61347-1 2017 年度的技术成果与展望 电子元件 129（31）

 富士电机技术期刊　2018 vol.C10 no.3 图４　DFN8×8 封装 4 DFN8×8 封装的“Super J MOS S2 系列”、“Super J MOS S2FD 系列” 富士电机为满足电源小型和薄型化的要求，推出了全新 的贴片型封装产品（DFN8×8）系列。本产品为 8×8（mm） 的正方形，厚度非常薄，只有 0.85 mm，所有电极片都配 置在封装背面，相比传统的 D2-PACK，可在印刷基板上 实现更高密度的安装。在端子排列方面，通过设置子源极端 子，可将影响驱动电压的源极共模电感中产生的反电动势 控制在最小限度，同时还能支持高速开关。开关元件中搭载 了最新系列“Super J MOS S2 系列”和“Super J MOS S2FD 系列”。其主要特点如下 : ⑴　耐压 ：600 V ⑵　导通电阻 ：91 ～ 223 mΩ 半导体 适用的树脂 传统树脂 95 100 105 110 115 耐划伤性（%） 160 150 140 130 120 110 100 90 （差）← 粉体胶着耐性（ %）→（良） （耐印刷特性） 图５　正电型有机感光体耐印刷特性 5

　正电型有机感光体耐印刷特性的提升 电子照片打印机和复印机的高速化、高画质化和长寿命 化不断发展进步。这些设备上搭载的感光体是保证图像品质 的重要组件，要求具备不受各周边工艺干扰的高稳定性。特 别是接触到感光体的纸粉和碳粉的构成成分附着、堆积在感 光体表面的现象（粉体胶着）会妨碍长寿命化，因此机械性 能方面还要求具备高耐久性。 富士电机正在推进开发可长期使用、具有稳定图像品质 的高功能有机感光体。此次，着眼于成膜起因，抑制纸粉和 碳粉构成成分的掩埋，开发出了耐划伤性更高的树脂。如此 一来，成功地将耐印刷特性改善了 50%。 图６　车载用大容量直接水冷 IGBT 模块“M660” 6　车载用大容量直接水冷 IGBT 模块“M660” 相关论文 ：富士电机技术期刊 2018，vol.C10，no.1，p.15

 富士电机希望发展在日本国内外市场不断成长的电动汽 车（EV）和混合动力汽车（HEV）中使用的 IGBT 模块的市场。 车载用 IGBT 模块被搭载于汽车有限的空间内，因此， 要求具备小型、电力密度大的特点。富士电机的车载用大 容量直接水冷 IGBT 模块，采用了散热性能出色的轻量铝制 水冷套一体化结构的冷却器。并在内部配线中使用引线框 架，在功率元件中使用 RC-IGBT（逆导型 IGBT), 从而提 升了面积效率，实现了大电力密度化。凭借这些技术，作 为通用 6 in 1 IGBT 模块，实现了世界顶级容量的额定 750 V/1200 A 规格。 2017 年度的技术成果与展望 电子元件 130（32） 富士电机技术期刊　2018 vol.C10 no.3 0 16 32 48 64 80 96 112 128 内存设定值 80 70 60 50 40 30 20 10 0 软启动时间（ms） 图７　内存设定值和 IC 软启动时间的关系 7 0.18 μm 数字电源 IC 技术 富士电机开发的数字电源 IC 技术，有助于电子设备所 用开关电源的高稳定化和高效率化，并有利于客户的简化设 计和削减零部件数量。 本技术使用了 0.18 µm 的设计规则，使搭载可擦写内 存和数字控制电路成为了可能。并在器件菜单中增加了耐 压 40 V 的器件，实现了与模拟电路的混用。

凭借本项技术， 富士电机提供的数字电源 IC 产品将具备模拟电路的特征即 高速响应和低耗电的性能，并且通过变更内存设定值，就能 进行 IC 特性调整和功能选择。 半导体 （a）2.5 英寸 （b）3.5 英寸 图８　磁性媒体 1　用于数据中心市场的高容量和可靠的磁性媒体 利用物联网，大数据和人工智能的第四次工业革命正在 进入高速发展阶段。它需要巨大的数据存储容量，因此对数 据存储中心的需求呈指数级增长。由于容量大，价格合理， 硬盘预计将占据该市场 90％以上的容量。 富士电机已经开始批量生产 2.5 英寸磁记录介质的 1 TB / 盘片，这与该行业中最高的面密度相匹配。通过使 用这项技术，富士电机进入了数据存储中心市场的 3.5 英 寸磁记录介质，并成功完成了 8 TB 硬盘的媒体开发。在 2018 年，富士电机将继续为 14 ～ 16 TB 硬盘提供更高 的面密度和更可靠的媒体开发，并将为信息社会的进步做出 贡献。