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» 2012年09月28日 18時50分 公開

米International Rectifier 高橋敏男氏:技術の使い回しでは勝てない (2/5)

[畑陽一郎,EE Times Japan]

巨大市場を狙うには

EETJ このような市場を狙うにはどうすればよいのか。

高橋氏 ファンやポンプなど低容量のインバータには5種類程度の部品要素がある。中でも一番コスト比率が高いのが、IPM(Intelligent Power Module)だ。IPMとは制御ICと複数のMOSFETを1チップ化したものであり、各社が製品化を進めている。

 つまり売れるインバータを作り出すには、IPMのコスト構造を変える必要があることが分かる。既存のインバータやIPMを改良して性能を高め、コストダウンするという手法では、顧客のニーズにたどり着けない。

 そこで、当社では、顧客側のコスト要因を分析し、ヒートシンク(放熱板)が不要なIPMを提供できればよいと判断した。単純にヒートシンクの部材費が下がることが1つ。もう1つは組み立てに手作業が必要なヒートシンクを取り除くことができれば、工程を全自動化でき、これも顧客側のコスト削減に役立つ。さらに部品点数が減ることから信頼性も高まり、これもコストに効く。

EETJ 各社もインバータについてそのような分析を進めているはずだ。なぜ業界を挙げてヒートシンクを除去する方向に進んでいかないのか。

高橋氏 ある意味「堕落した」発想でIPMを作っているからだ。IPMのコストを無理なく下げるにはパッケージの革新が必要なのにもかかわらず、そこには手を付けない。旧来通りDIP(Dual Inline Package)またはSIP(Single Inline Package)に封止した形でIPMを提供している。

 DIPやSIPがパワー系のパッケージとして優れており、今後改良しやすいのであればよいが、そうではない。DIPの形状を見ると、長方形のチップ本体の両脇に複数の足(端子)が出ている。パワー系のチップは発熱が著しい。Si(シリコン)の機能を維持するにはダイ内部の接合部の温度を例えば110℃以下に抑えなければならない。そのため放熱が重要になる。DIPで放熱に使える熱流路は、パッケージの上面しかなく、放熱の効率が悪い。そこでヒートシンクが必要不可欠になってしまう。

 なぜDIPを使い続けるのか。これは単純な話だ。10年〜20年前まではDIPに封止した低圧のICが多数製品化されていた。だが、現在ではそのようなICは面実装に移行してしまっており、DIPの製造装置、ラインが無駄になっている。そこで、ラインの再利用ができ、製造リスクが少ないDIPをパワー系のパッケージに流用している。理想を追い求めるのではなく、手持ちの技術でつないでいる形だ。

手持ちの技術だけで勝負しない

EETJ ヒートシンクを使わずに放熱するにはどうすればよいのか。

高橋氏 面実装用のパッケージを採用した「μIPM」を新規に開発した(図2)。ここが当社のIPMの革新部分だ。

図2 面実装を特長としたIPM「μIPM」 2012年5月に発表したもの。従来品と比較して実装面積が60%削減されている。パッケージ内部にMOSFETを6個、制御ICを1個封止した。海外を狙った500V系の品種と日本国内を狙った250V系の品種があり、三相モーター制御に使う。ヒートシンクを使わない場合モーター電流は360〜750mA。モーター電力に換算すると60〜145Wとなる。

 μIPMから熱が逃げる主な経路はプリント基板だ。μIPMの底面と基板との間の熱抵抗は、2℃/Wと低く、基板自体が放熱板になる。このためヒートシンクが不要になる。ただし、周囲温度が高い過酷な環境で使われる場合も考えて、パッケージ上面にヒートシンクを載せることができるように設計した。

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