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