パワーデバイス放熱技術 最新動向

近年、パワーエレクトロニクス技術は発電、送配電に代表される大電力の分野から、家電に代表される民生機器、太陽光、風力発電などの系統連系機器、ハイブリッド/電気自動車、電車などの移動体へと幅広い分野で応用されている。そのような状況の中、パワーデバイスは各アプリケーションでの品質、長期信頼性に大きく影響する部分であり、その信頼性の要求は非常に高い。 　また近年、自動車や公共移動体など過酷な環境で使用されるアプリケーションの面からも高い動作温度と同時に同様またはそれ以上の信頼性が要求されている。特に動作温度に着目するとパワーサイクルやサーマルサイクルが長期信頼性の重要なポイントであり、このパワーサイクル、サーマルサイクル向上のため各メーカーでアセンブリ、耐熱材料、放熱技術などの改良が行われている。 　また、この数年、ワイドバンドギャップデバイスで総称されるSiCやGaNのスイッチングデバイスが実用化され始めている。 　これらのアプリケーションでは、そのデバイス特性から高温環境下での使用が期待され、上述したように材料を含めた放熱技術及び耐熱材料が重要なキーになる。 　本セミナーでは、最初にパワーデバイス特にパワーモジュールを中心に、その応用分野及び要求事項を説明し、次に現行モジュールの熱による信頼性劣化の要因をいくつかのアプリケーションを事例に詳細に説明する。 　最後に放熱に関わるアセンブリ技術、材料及び冷却についての最新動向及び次世代IGBTモジュールのパフォーマンスについて紹介する。

1. パワーデバイスの応用
   1. パワーデバイスの機能
   2. アプリケーション応用事例
   3. 要求事項
   4. まとめ
   5. 余談:1つのアプリケーションでどの位の数のチップが使われているのだろうか?
2. 現状のパワーデバイスの信頼性とアプリケーションへの影響
   (推定寿命を狂わせる要因とは?)
   1. ワイヤボンディング、はんだに見られる劣化
   2. TIM (サーマルインターフェースマテリアル) に見る劣化
   3. パワーサイクル、サーマルサイクルへの影響
   4. まとめ
   5. 余談:パワーサイクルの試験方法の違いによる影響
3. パワーデバイスの最新動向
   (見えてきた耐熱デバイスの克服すべき課題)
   1. ボンディングプロセス応用事例
   2. 接合技術及びDCB基板の改善
   3. サーマルインターフェースマテリアル (TIM) の重要性
   4. クーリングシステムの改善
   5. まとめ
   6. 余談: 次世代IGBTモジュールのパフォーマンス