IMWTEK

IMWTEK UD 009 N 06 GHと英飛凌IAUC 50 N 04 S 7 N 014の耐振動と長寿命対決

一、応用シーンと技術的挑戦

産業用ロボットの関節駆動は高速、高精度の運動中に安定している必要があり、そのサーボモータHブリッジ回路中のMOSFETは3つの厳しい条件に直面している：

機械振動：連携ロボット関節の加速度は20 Gに達し、従来のパッケージは溶接点の疲労により失効しやすい。

連続運転：24/7ラインはMOSFETを85°Cで10000時間以上継続することを要求する。

空間制限：軽量化設計には駆動板面積<50 cm²が必要であり、従来のTO-220またはSO-8パッケージでは満足できない。

DFN（Dual Flat No-lead）パッケージは5×6 mm超小型、底部パッドの放熱及び耐振動特性により、関節駆動の第一選択方案となっている。

二、製品比較：IMWTEK UD 009 N 06 GHvs.インビトロIAUC 50 N 04 S 7 N 014

パラメータIMWTEK UD 009 N 06 GHインフェロイックIAUC 50 N 04 S 7 N 014アドバンテージ解析

パッケージDFN 5×6 mm DFN 5×6 mm同パッケージ対称

電圧レベル50 V 40 V 50 Vは48 V関節モータの残量需要に適合する

RDS（on）@10 V 3.5 mΩ4.2 mΩオン損失16.7%低減

Qg（total）28 nC 35 nC駆動損失を20%削減

熱抵抗RθJA 42°C/W 50°C/W同じ消費電力で8-10°C低い接合温度

耐振動性IEC 60068-2-6 20 G IEC 60068-2-6 15 Gはより高い機械的衝撃に耐える

三、実戦テスト：協力ロボット関節駆動検証

テストプラットフォーム：

ロボット型式：UR 10 e連携ロボット、関節ピークトルク300 Nm

駆動回路：Hブリッジ構成、シングルアーム電流ピーク50 A、PWM周波数16 kHz

環境条件：温度サイクル（-25°Cから85°C）、20 Gランダム振動

テスト項目：

熱性能：関節連続運転8時間のMOSFET接合温度及び効率変化。

機械振動：20 Gランダム振動における溶接点信頼性（X線検出）。

寿命試験：10000時間高温フルロード後のパラメータドリフト。

テスト結果：

熱性能：

IMWTEK UD009N06GH：結温78°C（英飛凌方案89°C）、効率95.2%（競合品93.5%）を維持する。

熱イメージング図（図1）：インフェロイック方式はチップエッジに局所的なホットスポットが現れ、IMWTEKは銅クランプ構造を通じて均一な放熱を実現した。

機械的振動：

IMWTEK UD009N06GH：振動後の溶接点のせん断力は4.8 kgf（初期5.0 kgf）を保持し、X線検出に亀裂はなかった（図2）。

英飛凌方案：2つのサンプルの溶接点が割れ、RDS（on）の12%増加を招いた。

寿命テスト：

IMWTEK UD009N06GH：10000時間後にRDS（on）は2%ドリフトし、アバランシェエネルギーは98%を維持した。

故障分布（図3）：英飛凌方案はアルミニウム結合線の疲労により、故障率は8000時間後に急増した。

四、設計提案：関節駆動におけるDFNカプセル化の最適化実践

耐振動レイアウト：

短ピン+底部充填ゴム設計を採用し、パッドサイズはピンより20%大きくして機械的強度を強化した（図4）。

PCBレイアウト時、MOSFETはできるだけモータ端子に近づき、寄生インダクタンス（<10 nH）を減少させる。

熱管理：

DFN底部パッドの下に4層の2 oz銅放熱層を配置し、熱抵抗を35°C/Wに下げることができる。

従来の錫ペーストの代わりに**低温半田ペースト（SnAgCu）**を使用し、融点217°C、高温リフロー半田変形を回避します。

駆動保護：

脱飽和検出（DESAT）回路を追加し、オーバーフロー時に2μs以内で駆動をオフにし、雪崩破壊を防止する。

実測波形（図5）：IMWTEK方式は短絡時にVDSスパイク<60 V（ブリリアント方式は75 Vに達する）。

五、コストと信頼性分析

BOMコスト：

シングルUD 009 N 06 GHの価格は英飛凌IAUC 50 N 04 S 7 N 014より9%低く、故障率が低いためスペア在庫を減らすことができる。

1万台のロボット規模で計算すると、年間メンテナンスコストは約**$18,000**削減されます。

信頼性の検証：

温度サイクル：-40°Cから125°Cまで500回循環し、溶接点抵抗変化は<0.5%であった。

粉塵試験：IP 67防護試験に合格し、DFNパッケージは砂塵環境下で性能減衰がない。

六、業界動向と競争戦略

連携ロボットの負荷が10 kgから50 kgにアップグレードされるにつれて、関節駆動MOSFETは同じパッケージ内でRDS（on）<2 mΩを実現する必要がある。IMWTEK UD 009 N 06 GHは**銅クランプバインディング+ウエハレベルパッケージ（WLP）**技術を通じて、シナコ、ABBなどのヘッドメーカーの次世代プラットフォームに導入されている。