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» 2020年12月11日 06時00分 公開

デンソーのSiCパワー半導体、新型ミライのFC昇圧コンバータで採用車載半導体

デンソーは2020年12月10日、SiCパワー半導体を搭載した昇圧用パワーモジュールの量産を開始したと発表した。トヨタ自動車が同年12月9日に全面改良して発売した燃料電池車(FCV)「MIRAI(ミライ)」に搭載されている。

[齊藤由希,MONOist]

 デンソーは2020年12月10日、SiCパワー半導体を搭載した昇圧用パワーモジュールの量産を開始したと発表した。トヨタ自動車が同年12月9日に全面改良して発売した燃料電池車(FCV)「MIRAI(ミライ)」に搭載されている。

 今回、車載用SiCトランジスタを開発したことにより、デンソーとしては初めてSiCトランジスタとSiCダイオードの両方が車両に搭載される。

昇圧用パワーモジュール(左)とSiCパワー半導体(右)(クリックして拡大) 出典:デンソー
トレンチゲート構造(クリックして拡大) 出典:デンソー

 新開発のSiCトランジスタは、トレンチゲート型を採用したデンソー独自の構造と加工技術により、車載用に求められる高い信頼性と高性能を両立した。SiCダイオードとSiCトランジスタを搭載した新しい昇圧パワーモジュールは、従来製品と比べて30%の体積削減と電力損失70%低減を達成している。

 デンソーは2014年にオーディオ向けにSiCトランジスタを実用化。2018年には車載用SiCダイオードが燃料電池(FC)バス「SORA(ソラ)」に採用された実績もある。デンソーではSiC関連技術を「REVOSIC」と総称し、ウエハーの欠陥低減からパワーモジュールまで総合的な技術開発を進めている。

 SiCウエハーは高品質なSiC単結晶を生み出すRAF(Repeated A-Face growth method)法によって、競合他社と比べて欠陥を大幅に減らす。従来の手法では欠陥を含んだままSiC結晶が成長してウエハーとして切り出されるため、複数のウエハーで良品として取れるチップが少なくなる。RAF法は、一度成長させた結晶から欠陥が少ない部位を縦や斜めの方向から切り出し、さらにその部位を種結晶として成長させる作業を繰り返すことで、欠陥が少ない単結晶を生産する。これにより、歩留まりの高いウエハーを量産することができる。

ウエハーの欠陥低減が必要になる理由(クリックして拡大) 出典:デンソー

日系FCV2モデルがSiCパワーデバイスを採用

 新型ミライだけでなく、ホンダが2016年に発表したFCV「クラリティ フューエルセル」でもSiCパワーデバイスが採用された。新型ミライとクラリティ フューエルセルに共通しているのは、エンジンと同じようにボンネット内に燃料電池(FC)システムを収める上で小型化が必要だったという点だ。両社ともFCの出力を制御し、電圧を昇圧するFC昇圧コンバータにSiCパワーデバイスを採用した。

 ホンダはV型6気筒エンジンと同等となる前後/左右/高さのスペースに、燃料電池スタックと昇圧コンバータ、モーター駆動ユニット、コンプレッサー、水素と空気の供給システムを搭載。セダンとしての居住性を確保した。一方、新型ミライは、先代モデルでは床下と車両前方に分散していた各パワーユニットを小型化し、フード下のコンパートメントに配置。空いた場所にはフロアトンネルのスペースを活用して水素タンクを設置し、水素タンクを先代モデルの2本から3本に増やした。水素搭載量を拡大したことにより、走行距離は従来モデル比20%増となった。

 SiCパワーデバイスはFCVだけでなく電気自動車(EV)でも採用が期待されている。インバータにSiCパワーデバイスを採用して走行距離を維持しながら駆動用バッテリーの容量を減らすことで車両のコストや重量を低減したり、車載充電器の小型化と大容量駆動用バッテリーへの対応を両立したりする上でカギを握る。

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