パワーモジュールの紹介

パワーモジュールは、半導体デバイスに電力を供給しながら、効率的な冷却と外部回路への接続を提供する重要な回路要素です。これらのモジュールは、組み立てを容易にし、より信頼性の高い動作を確保するために、機械的および熱的に最適化されています。一般的な構造には、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（IGBT）、炭化ケイ素（SiC）、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（MOSFET）、および窒化ガリウム（GaN）モジュールが含まれます。選択は、電力範囲と動作周波数に依存します。パワーモジュールメーカーは、消費者エレクトロニクスから再生可能エネルギーシステムに至るさまざまな用途の特定のニーズを満たすために、これらのコンポーネントを設計しています。世界で最も認知されているパワーエレクトロニクスOEMサプライヤーの一部は、IGBT、SiC、MOSFET、およびGaNモジュール用のパワーモジュールハウジング（パワーモジュールエンクロージャー、パワーモジュールシェル、パワーモジュールボックス、パワーモジュールカバー、パワーモジュールコンテナ、またはパワーモジュールユニットとも呼ばれます）の製造にラヤナ社を信頼しています。これには、インサート成形部品がプラスチック射出成形中に埋め込まれているものや、ベースプレートなどの他のコンポーネントも含まれます。

 

  

IGBT、SiC、MOSFET、GaNパワーモジュールの違い

 

 

注：この表は標準およびタイプの簡略化された概要を提供するものであり、参考目的のみを意図しています。ラヤナはこの情報を一般的なガイドとして提供しています。プロジェクトの特定のニーズに最適なパワーモジュールの種類を決定するには、包括的な専門的評価が必要です。

 

パワーエレクトロニクスの分野では、SiC、MOSFET、GaN、IGBTモジュールそれぞれが独自の特性を持ち、異なるアプリケーションシナリオに適しています。性能、効率、熱特性において明確な違いがあります。

 

 

SiCモジュール：高性能スポーツカーのような強力な耐熱性

SiC（炭化ケイ素）モジュールは、高速を維持しながら燃料効率が高いスポーツカーのようなもので、非常に高い導電効率と熱性能を備えています。エネルギー損失が低く、安定した運転中に効率的な性能を実現するのに最適です。さらに、SiCモジュールは優れた熱伝導性を持ち、200°C以上の温度に耐えることができるため、高温環境下でも信頼性の高い動作が可能です。これにより、電気自動車や産業機器などの高電力および高効率アプリケーションに適しています。

 

MOSFETモジュール：温度処理能力が限定された高速加速車

MOSFET（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）モジュールは、非常に迅速に加速できる車のようなもので、迅速なスタート・ストップ操作が必要なシナリオに優れています。MOSFETは低スイッチング損失と高効率を持ち、DC-DCコンバータやパワーマネジメントモジュールなどの低～中周波数アプリケーションに特に適しています。しかし、熱伝導性が低く、約175°Cまでの温度しか処理できないため、SiCやGaNと比較して高温アプリケーションでは安定性が劣ります。MOSFET技術は成熟しており、比較的低コストであるため、多くの中程度の電力および周波数アプリケーションに理想的な選択肢です。

 

GaNモジュール：高周波アプリケーションおよびスペース制約環境に最適な敏捷なミニチュアレーシングカー

GaN（窒化ガリウム）モジュールは、迅速に応答でき、非常に敏捷な高性能レーシングカーのようなものです。極めて低いスイッチング損失と非常に高速なスイッチング速度を持ち、高周波スイッチングで効果的です。したがって、GaNモジュールはワイヤレス充電、高周波電源、およびRFアンプなどの高周波アプリケーションで優れた性能を発揮します。さらに、GaNモジュールは高効率と優れた熱特性を提供し、200°Cまでの温度で動作可能です。また、消費者エレクトロニクスのようなスペース制約のあるデバイスに適したパワーモジュールのミニチュア化にも非常に適しています。これらの特性により、GaNモジュールは高性能および高電力密度を必要とするアプリケーションで非常に競争力があります。

 

IGBTモジュール：適度な効率と熱伝導性を持つ安定した信頼性の高い長距離トラック

IGBT（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）モジュールは、安定した性能と適度な効率を提供する長距離トラックに例えることができます。スイッチング損失は高いものの、連続した大電流伝導（オン状態）時には非常に効果的であり、高電流かつ低スイッチング周波数のアプリケーション、例えば産業用ドライブや大型電源に適しています。IGBTモジュールの効率は適度で、熱性能も平均的ですが、安定した動作が重要な大型高電力アプリケーションでは不可欠な役割を果たします。

 

まとめ

1. SiCモジュール：高効率、耐熱性（200°C以上）、高電力・高性能アプリケーションに適しています。
2. MOSFETモジュール：高効率、迅速なスイッチング、低～中周波数アプリケーションに適していますが、温度処理能力は比較的低い（最大175°C）。
3. GaNモジュール：高効率、優れた高周波スイッチング性能、耐熱性（最大200°C）、ミニチュア化およびスペース制約アプリケーションに最適です。
4. IGBTモジュール：適度な効率と熱伝導性を持ち、高電流および低スイッチング周波数を伴う安定したアプリケーションに適しています。

 

パワーモジュールの応用

 

IGBTを例に取ると、関連する応用は以下の通りです：

1. 半導体産業：パワーモジュールは、MOSFETやIGBTなどの主要デバイスを統合して電力電子部品を製造・利用するために一般的に使用され、効率とミニチュア化を推進します。製造設備において精密な電力制御を提供し、生産の安定性を確保し、エネルギー使用を最適化してコストを節約し、電力密度の増加による熱発生を減少させてデバイス寿命を延ばすことで、放熱課題に対処します。
2. 輸送の電動化：輸送分野では、パワーモジュールは電気自動車（EV）、ハイブリッド車、およびその他の新しい環境に優しい輸送ソリューションにとって極めて重要です。パワーモジュールは性能を最適化し、航続距離を延ばし、充電効率を向上させます。実際、パワーモジュールの開発は新しいモビリティソリューションの成功に大きく貢献しており、新しい環境に優しい製品や技術の迅速かつ広範な採用の推進力となっています。例えば、充電および急速充電ステーションの重要な要素でもあります。効率的なエネルギー変換と電力制御を確保することで、パワーモジュールは充電時間の短縮、全体的なエネルギー利用の改善に寄与し、世界の車両フリートの電動化を加速させます。

3. ロボット工学と自動化：パワーモジュールは、ロボットアーム、自動化されたロボット、その他の産業用自動化システムに電力を供給するためにロボット工学で不可欠です。効率的かつ信頼性の高い動作を確保し、正確な制御と高い生産性を維持するために重要です。
4. 再生可能エネルギーと持続可能性：太陽光パネル、太陽光インバータ、風力タービンなどの再生可能エネルギーシステムでは、パワーモジュールがクリーンエネルギーの効率的な変換、送電、配電に不可欠です。再生可能エネルギー源の信頼性と効率を向上させることで、より持続可能な未来への世界的な移行を支援します。
5. HVACシステム：HVACシステムでは、パワーモジュールが暖房、換気、および空調ユニットの動作を制御および最適化します。これらのデバイスおよびシステムのエネルギーマネジメントはパワーモジュールに大きく依存しており、エネルギー消費全体を削減しながら、より効率的かつ効果的に動作させます。

 

特にIGBTモジュールは、現代の電力電子システムにおける重要なコンポーネントであり、高電流および高電圧を効率的に処理するよう設計されています。パワーモジュールとは何か、その主要なコンポーネントを理解することは、パワーモジュールの効果的な統合および包括的なパワーモジュールソリューションの開発に不可欠です。

 

 

パワーモジュールの主要コンポーネント

IGBTを例に取ると、パワーモジュールの構造は以下の通りです：

1. ワイヤ：内部コンポーネント間の効率的な電気接続および信号伝達を確保します。
2. ベースプレート（クーリングプレートまたはベースプレートとも呼ばれます）：ヒートシンクとして機能し、内部コンポーネントから発生する熱を放散します。
3. チップ（ダイオード）：整流器として機能し、IGBTを電圧スパイクから保護します。
4. チップ（IGBT）：電力スイッチングと電力制御を担当するコアコンポーネントです。
5. カバー：外部からの保護を提供し、内部コンポーネントを遮蔽します。
6. DBC（ダイレクトボンデッドカップルド）：電気絶縁および熱伝導性を提供します。
7. ハウジング：熱、湿気、物理的損傷などの環境要因から内部コンポーネントを保護します。
8. はんだ（DBCボンディング）：DBCと他のコンポーネント間の構造的完全性および電気接続を維持します。
9. 端子：

• • 電源端子：外部電源に接続します。
  • 制御端子：モジュール操作のための制御信号を受け取ります。

 

 

当社のインサート成形およびプラスチック射出能力

 

サブアセンブリ、インサート成形および金属スタンピングの専門知識を組み合わせることで、ラヤナはクライアントに包括的なパワーモジュールソリューションを提供し、特に新エネルギー、電気自動車、およびスマートデバイスの世界的な需要が継続的に増加する中で、パワーモジュール市場は前例のない機会を迎えています。ラヤナは技術開発の最前線に立ち続け、効率的で信頼性が高く、省エネルギーな製品の研究開発にさらに多くのリソースを投資し、顧客の進化するニーズに応えます。