半導体パッケージの伝熱経路、熱モデルと熱設計・シミュレーション技術

近年では、機器の電動化が進み、電源回路、モータ駆動回路を中心に、パワー半導体の熱設計が重要になってきている。また、コンピュータ性能の向上に加え、スマートフォンやAI、自動運転技術といった新たなアプリケーションニーズから、マイクロプロセッサの熱管理についても改めて注目が集まっている。 　本セミナーでは、これらの半導体の熱設計の考え方、三次元シミュレーションを用いる際の注意点や半導体のモデル化に関する動向について解説する。

1. 熱設計基礎
   1. 伝熱現象の基礎
      1. 熱の三態
      2. 熱物性値
   2. 熱抵抗の考え方
      1. 熱抵抗の定義と熱回路網基礎
      2. ターゲット熱抵抗と伝熱経路の熱抵抗
      3. 半導体の熱抵抗と熱パラメータ
2. 半導体パッケージの構造と伝熱経路
   1. パワー半導体パッケージの構造と発熱
      1. ディスクリート (個別) 半導体パッケージの構造
      2. パワーモジュールの構造
      3. パワー半導体の発熱メカニズム
   2. マイクロプロセッサパッケージの構造と発熱
      1. マイクロプロセッサの構造
      2. マイクロプロセッサの発熱メカニズム
   3. 半導体パッケージの伝熱経路と放熱
      1. パワー半導体の伝熱経路と放熱手法
      2. マイクロプロセッサの伝熱経路と主な放熱機構
   4. 先端半導体パッケージと放熱構造
      1. 半導体の微細化技術の限界とチップレット化の流れ
      2. 2.5次元及び三次元実装と放熱構造
3. シミュレーションを用いた半導体の温度予測と伝熱経路の把握
   1. シミュレーションとは
      1. シミュレーションの定義
      2. 三次元モデルと概念モデル
   2. 半導体の三次元熱シミュレーション
      1. 三次元熱シミュレーションの流れ
      2. モデル化における課題
      3. 伝熱経路の最適化
   3. 熱回路網を用いた温度予測
      1. 定常状態を扱う熱回路網と非定常状態を扱う熱回路網
      2. 定常状態における熱回路網の考え方
      3. 非定常状態における熱回路網の考え方 (熱容量の取り扱い)
      4. その他 (モデル化における注意点)
   4. 熱回路網を用いた伝熱経路の把握
      1. 三次元熱シミュレーション結果の把握ツールとしての熱回路網
      2. 伝熱経路全体の熱抵抗と熱容量の把握
4. 半導体の熱モデルの開発動向
   1. 半導体の熱モデルにおける課題
   2. コンパクト熱モデル
      1. コンパクト熱モデル基礎
      2. 従来のコンパクト熱モデル
      3. 近年開発されたコンパクト熱モデル
   3. その他の近年の動向