パワーモジュールパッケージの高耐熱化・低熱抵抗化の技術動向

パワー半導体モジュールは高電圧大電流を扱い、高い放熱性、絶縁性、信頼性が求められるため、構成材料は数多く構造が複雑になっている。従来のSi 半導体に加えて、高温動作が可能なSiC半導体の登場により、パワーモジュールに対する低熱抵抗化・高耐熱化の要求が高まっている。今回は構成材料ごとに国内外の実例を交えて開発動向を網羅的に解説したい。

• はじめに

1. パワーモジュールの実装技術と要求事項
2. パワーモジュールの類型
   1. 素子と動作温度
   2. パッケージ形状・封止技術
   3. 絶縁構造
   4. 放熱冷却構造
3. ダイトップ技術
   1. ウェッジワイヤボンディング構造 (Al vs Cu)
   2. 200°CにおけるCuワイヤボンディングの信頼性は?
   3. Cuウエッジワイヤと焼結接合を用いたボンドバッファー構造
   4. はんだを用いたクリップ構造
4. ダイアタッチ技術
   1. DA5 各種高温鉛はんだ代替材料
   2. TLP技術の可能性
   3. Ag焼結接合 (加圧 vs 無加圧, Cu開発品)
   4. 両面焼結接合 (DSS) の難しさ
5. サブストレート技術
   1. 絶縁セラミック基板と低熱抵抗放熱構造
   2. 絶縁樹脂基板 (IMB)
   3. トラクションインバータ向けエンベデッド構造 (開発品)
6. その他材料
   1. 高Tg封止樹脂は必要か?
7. 電動車用パワーモジュール構造例
   1. 片面直接冷却構造
   2. Cuクリップを用いた片面間接冷却構造+接合材TIM2
   3. 各種両面冷却構造
   4. TSCディスクリートパッケージ (TO-2.47PLUS等) を用いた構造