萌芽研究
次世代半導体デバイスを用いたパワーエレクトロニクス回路における信頼性向上に向けた要素技術
2019年5月掲載
※上記肩書きは、インタビュー時のものです
小型化や性能向上が著しいパワエレ回路ですが、さらなる信頼性向上には電流センサに課題を抱えています。この研究ではラミネートバスバーに適した電流センサの提案を行いました。
指導教員のアドバイスで経済的な自立を目指す
Q.「パワーアカデミー研究助成」に応募したきっかけをお教え下さい。
実はパワーアカデミー及び「パワーアカデミー研究助成」について、私は存在を知りませんでした。
そもそも博士課程への入学時、私は経済的なことで親には頼らず、何とか自立した研究生活を送りたいと考えていました。とはいえ、研究費や生活費が決して十分というわけではありません。そこで指導教員に相談したところ、「こういう研究助成があるから応募してみては」と勧めてもらったのです。その際に初めて「パワーアカデミー研究助成」を知りました。先生は、学会などで知り合った研究者からお話を聞いていたようです。「自分で研究費を獲得してそれを管理・運営することはいい経験になるよ」という先生の言葉も、経済的な自立を考えていた私の背中を強く押してくれました。
パワエレ回路の高信頼化に取り組む
Q.研究内容をお教え下さい。
私たちの身の回りにある電気機器や電気自動車で用いられているパワーエレクトロニクス回路（パワエレ回路）において、高信頼化は重要な検討項目です。近年のパワエレ回路ではワイドバンドギャップ材料を用いた半導体が使われており、回路の性能向上が促進されています。また、部品の小型化や配線の積層化によって回路の小型化も進んでいます。
一方で回路の信頼性向上においては、電流センサに大きな課題があります。パワエレ回路では性能向上に向けて直流キャパシタと半導体デバイスを接続するラミネートバスバーと呼ばれる積層配線が用いられているのですが、この配線には従来の電流センサを用いるスペースがなく適用できないため、信頼性の観点から問題視されています。そこで本研究では、ラミネートバスバーに適した電流センサを提案し、それを用いた応用であるスイッチング波形測定と過電流検出法について検討しました。
積層配線に適したセンサの確立と実用性を示す
Q.現在までの研究成果と今後の展開についてお教え下さい。
本研究ではラミネートバスバーと一体型の電流センサを提案し、それを用いたスイッチング波形測定と過電流検出法について検討してきました。提案した電流センサを用いたスイッチング波形測定で数十MHzの周波数成分を含んだ波形を正確に測定できることを実験によって確認しました。また、この電流センサを用いた過電流検出手法を提案し、この手法を用いることで過電流を数十nsで検出できることをシミュレーションによって確認しました。
これらの検討によって、従来では電流センサを用いることが困難であった積層配線に適したセンサの確立とそのセンサの具体的な応用での実用性を示すことができました。過電流検出手法についてはコンセプトの提案に留まっており、シミュレーションでの検討のみがなされているため、これを実際にどのように実装するかを検討すべきであると考えております。社会人となってもチャンスがあれば実用化に向けて取り組みを続けたいと思います。
ワクワクする未来に向かって貢献して欲しい
Q.最後にひとことお願いします。
博士課程に進んで研究を続ける上で授業料や生活費の負担は決して軽くなく、その不安から進学を断念する学生も少なくありません。そうした学生を金銭面から支援してくれるものとして、「パワーアカデミー研究助成」の「萌芽研究（博士課程学生枠）」はたいへんにありがたい制度だと考えます。未来の研究者のためにも、ぜひ今後ともこの制度は継続していただきたいと思います。
後輩の皆さんは、普段の生活であまり電気を意識することはないかもしれません。しかし、電気は思っている以上に私たちの生活に浸透しており、もし電気がなければ私たちの生活は成立しないと言ってもいいでしょう。電気工学とは、その電気を使って社会にいかに貢献するかを考える学問です。もし素晴らしい発見をすれば私たちの未来を変えることも可能ですから、ぜひ自分自身がワクワクできる未来を描き、その未来に向かって挑戦していただければと思います。
パワーアカデミー事務局