パワーデバイスの高耐熱実装、材料技術と展望

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本セミナーでは、今後求められるパワーデバイスの構造、実装、封止材料について解説いたします。

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プログラム

第1部 車載エレクトロニクス実装技術の動向と高放熱、高耐熱化

(2022年11月25日 10:00〜11:30)

　自動車業界では、製造販売中心のビジネスからサービスとしてのモビリティ (MaaS: Mobility as a Service) へとビジネスの枠組み自体の変革が始まっており、将来自動に向けて大きな4つのキーワード、自動運転・ADAS (Advanced Driver Assistance System) 、コネクテッド、シェアリング、及び 電動化の方向への大きな技術革新が進みつつある (CASE: Connected, Autonomous, Shared & Service, Electric) 。 　本講演では、CASEに向けた自動車、カーエレクトロニクスの動向について述べるとともに、車載機器の形態の変化に着目し、今後実現するべき車載機器の実装構造を捉え、構造を成立させる実装技術の課題、高放熱・高耐熱への要求について解説する。

  1. CASEに向けた自動車の進化と車載機器構造の変化
    1. CASE革命:ビジネスの変化と自動車技術の方向性
    2. CASEに向けた自動車の機能と車載機器の進化
    3. CASEに向けた主な車載機器構造の変化
  2. CASEに向けた実装構造の詳細と課題
    1. 車載通信機器 (C,A,S)
      1. MssSシステムのハードウェア構成
      2. 統合通信モジュール
      3. 通信機器構造の動向
      4. 通信機器の実装課題と高放熱・高耐熱への要求
    2. 自動運転 (AD) ・運転支援システム (ADAS) (C,A,S)
      1. 自動運転 (AD) ・運転支援システム (ADAS) の構成
      2. AD・ADASシステムセンシング機器
      3. ミリ波レーダの実装構造
      4. LiDARの実装構造
      5. センシング機器構造の動向
      6. センシング機器の実装課題と高放熱・高耐熱への要求
      7. AD・ADAS ECU
      8. 車載コンピュータの広がり・進化の動向
    3. 車両運動制御機器 (C,A,S)
      1. 車両運動制御システムと主な車載機器
      2. 車両運動制御機器の事例EPS
      3. 車両運動制御機器構造の動向
      4. 車両運動制御機器の実装課題と高放熱・高耐熱への要求
    4. 電動パワートレインの車載機器 (E)
      1. 電動パワートレイン車載機器の構成
      2. 電源機器・電池パックの構成
      3. 電池パック実装構造の例
      4. パワーコントロールユニット (PCU) の内部構成
      5. 第2世代プリウスのパワーコントロールユニット分解調査結果
      6. CASEに向けた車載機器実装構造の変化まとめ
      7. PCUの小型・高出力密度化の動向
      8. SiC採用によるPCUの小型化
      9. 電動化機器構造の動向
      10. 電動化機器の実装課題と高放熱・高耐熱への要求

第2部 パワーデバイスに向けた高信頼性焼結型接合技術の開発動向

(2022年11月25日 12:10〜13:40)

　近年、エレクトロニクス分野において製品の小型化・高機能化が進んでおり、製品内部の放熱性や接合部の耐熱性向上が求められています。特に、パワーモジュール内のダイアタッチ向け接合材料としては依然としてPb含有率85%以上の高鉛含有はんだ (高温はんだ) や鉛フリーはんだの一種であるSn-Sb系はんだなどが使用されていますが、鉛フリー化や一層の高耐熱化が望まれています。 　本講座では、高鉛含有はんだ代替技術として国内外で研究が進められている焼結現象を用いた焼結型接合技術や液相拡散接合 (TLP) 技術に注目し、従来からのはんだ付との違いを解説するとともに、これまでの研究成果として、いがぐり状マイクロサイズAg粒子や表面にナノ構造を有するナノポーラスシートを用いた焼結型接合プロセスについて解説しながら、焼結型接合技術の特徴や目指すべき方向性などを紹介します。

  1. エレクトロニクス実装の現状
    1. 環境・省エネを配慮したエレクトロニクス実装へ
    2. 国内外での研究動向
  2. 高鉛含有はんだ代替接合技術の概要
    1. はんだ付
    2. 液相拡散接合
    3. 焼結型接合
  3. 焼結型接合プロセスの基礎 – Cuナノ粒子を例にして
  4. 表面構造を利用した焼結型接合プロセスの紹介
    1. マイクロサイズ粒子を用いた接合
    2. ナノポーラスシートを用いた接合

第3部 樹脂絶縁材料の高熱伝導化とパワーモジュールへの応用

(2022年11月25日 13:50〜15:20)

　パワーモジュール機器の小型・高性能化が進むにつれ放熱対策が重要な課題となっている。より高放熱が求められる機器においては、絶縁かつ放熱部材に樹脂に高熱伝導を有する窒化ホウ素 (h-BN) 粒子を充填した樹脂複合材料が用いられる。このh-BN粒子は、鱗片形状をしており、その熱伝導率に異方性を有する。そのためh-BN粒子を充填した樹脂複合材料を用いて放熱経路に沿って効率的に熱を逃がすためには、h-BN粒子の配向を制御する必要がある。 　本講演では、樹脂複合材料中でのh-BN粒子の配向とその熱伝導率の関係を明らかにし、パワーモジュール機器に適用した時の効果について紹介する。

  1. 電子機器の構造と高熱伝導樹脂材料のニーズ
    - パワーモジュール適用例を中心に -
  2. 高熱伝導複合材料の基礎と応用
    1. 樹脂/無機フィラー複合材料の熱伝導率
    2. モールド型パワーモジュールへの応用
  3. 樹脂複合材料の高熱伝導化
    1. 鱗片BN、AlNフィラーの高充填化
    2. 凝集BNフィラーによる配向制御 (低充填化)
  4. 高熱伝導複合材料の絶縁信頼性評価
  5. 高熱伝導複合材料のパワーモジュールへの適用に向けて

第4部 WBG (SiC GaN) への移行に対応するパワーデバイス封止材の設計と評価法

(2022年11月25日 15:30〜17:00)

　産業界においてCO2削減は大命題となっている。現在CO2を最も排出しているのは火力発電などの石化由来の発電システムである。つまり再生可能エネルギーの普及は急務なのであるが普及にはまだ時間がかかりそうである。そこですぐに対応出来る施策としては省電力であり電力をロスなく使用するためにパワーデバイスは欠かせないツールであり、WBGの出現によってより効率化が期待できる。しかし、封止樹脂に対して超高耐熱、高熱伝導などの厳しい要求が出てくる。これらの新たなハードルに対応するための樹脂設計や評価法について解説する。

  1. CO2削減のための施策
    1. CO2削減の現状
    2. CO2排出量の現状
    3. 省電力のための施策
  2. パワーデバイス封止材
    1. パワーデバイスの役割と重要性
    2. パワーデバイスの応用分野
    3. パワーデバイス封止材の技術動向
  3. WBG (SiC GaN) について
    1. WBG (SiC GaN) の特長
    2. WBG封止材の要求特性
    3. WBG封止材の設計
      1. 耐熱性
        1. 短期耐熱性と長期耐熱性について
        2. それぞれの耐熱性の要求を満足させるための樹脂設計
      2. 難燃性
        1. 難燃性を発現させるために必要な特性
        2. 化学品規制に対応する材料の選択
      3. 熱伝導性
        1. 樹脂構造からのアプローチ
        2. 無機フィラーによるアプローチ
      4. 低応力
        1. 無機フィラーの高充填手法
        2. 海島構造の形成法
  4. パワーデバイス封止材の評価
    1. 流動特性
    2. 耐熱特性
    3. 難燃性
    4. 熱伝導性
    5. 電気特性

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