リードテックと大分大学発ベンチャーのNext Semiconductorは9月1日、GaNパワー半導体に対応したスイッチング評価装置「ダブルパルステスター」を共同開発したと発表した。この装置は、パワーモジュールと駆動回路を組み合わせた状態でのスイッチング特性を評価でき、測定波形の解析にも対応する。すでに1号機は大分大学に設置され、研究開発に活用されている。
高出力GaNの実装・評価環境を製品化
パワー半導体では、従来のSiに加え、SiCやGaNといったワイドバンドギャップ半導体の利用が広がっている。GaNは高速スイッチング動作が特徴で、スマートフォンやPC向け充電器などの低出力用途では実用化が進む。
一方、EVや産業システム向けの650V/300A級の高出力領域では、デバイス性能だけでなく、モジュール構造やゲート駆動回路、配線のインダクタンスがスイッチング波形に影響する。そのため、デバイス単体の測定だけでは、実際の電力変換回路での挙動を十分に把握できない場合がある。
今回の装置は、Next Semiconductorが高出力GaNパワーモジュールの研究開発で構築した実験環境を基に、リードテックが測定装置として製品化した。
ダブルパルス法でスイッチング特性を評価
ダブルパルス法は、パワー半導体に意図的に2回のパルス信号を入力し、ターンオン・ターンオフ時の電圧・電流波形から、スイッチング損失やサージ電圧などを評価する手法だ。
GaNのスイッチング速度はSi MOSFETの約10倍、IGBTの100倍とされ、ターンオン時間は数ナノ秒となる。しかし、速度が速いほど回路内の寄生インダクタンスやゲート駆動条件が結果を左右するため、高出力GaNでは、モジュールや駆動回路を含めた状態で評価し、回路全体を最適化することが重要となる。
ダブルパルステスターは、こうしたモジュールと駆動回路を組み合わせた評価に対応し、高出力GaNのデバイス開発からモジュール化、電力変換装置への適用までを支援することを目指して開発された。
装置開発とGaN評価の知見を組み合わせ
役割分担は、リードテックがSiCデバイス量産でのテスター＆ハンドラー製造実績を基に、GaN向け測定装置の設計、製造、製品化、搬入、立ち上げ、保守を担当。Next Semiconductorは、高出力GaN評価に必要な要件定義、パワーモジュールと駆動回路を含む評価条件の設計、実機検証を担当した。
大学発ベンチャーとして、大学研究者を中核にパワーデバイス、パワーモジュール、駆動回路、電力変換装置を1チームで設計できる体制を構築し、実験室の測定環境を製品に落とし込んだ。
今後、両社は研究機関やパワーデバイス、パワーモジュール、インバータなどのメーカーに向けて同装置の提案を進めるとともに、高出力GaNパワーモジュールの研究開発を継続する。装置の詳細仕様と提供体制については、準備が整い次第公表する予定。
