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接合・実装

高周波特性に優れた高放熱拡散の安価な密閉プラチックパッケージ、及び、製造プロセスを開発

熊本県

中央電子工業株式会社

2020年3月20日更新

プロジェクトの基本情報

プロジェクト名 高周波GaNの高放熱拡散・密閉パッケージ技術の研究開発
基盤技術分野 接合・実装
対象となる産業分野 航空・宇宙、情報通信、半導体、エレクトロニクス
産業分野でのニーズ対応 高性能化(小型化・軽量化)、高性能化(信頼性・安全性向上)
キーワード プラスチック、パッケージ、高放熱、高周波、パワーアンプ
事業化状況 実用化に成功し事業化に向けて取り組み中
事業実施年度 平成29年度~平成30年度

プロジェクトの詳細

事業概要

年率20-40%の通信トラフィック増大に比例して消費電力が増大する為、通信用電子機器の発熱の抑制、放熱の促進といった熱対策が重要になる。本研究では、放熱性と高周波対応が必要な移動体通信パワーアンプにおいて、グラファイト放熱板の最適化により4倍の放熱性を有し、セラミックパッケージ同様の中空構造を金型を用いたトランスファーモールド技術を用いたプラスチックで優れた高周波特性を有するパッケージを開発する

開発した技術のポイント

・当社熊本工場で十分に生産・販売実績のある中空プラスチックパッケージを元に
・良好な高熱伝導のヒートシンクを導入
・従来のセラミックパックパッケージとの互換性を確保
・温度サイクル-65~+150℃ 300サイクルでのグロスリークフリーで、熱抵抗の経時変化が無い信頼性を有し
・多連化対応かつ当社既存プロセス適用によるスケーラブルな量産プロセスを確立

開発コンセプト
具体的な成果

・プラスチックと金属の接合(特許出願中)
-バリの無いフラットな形状のレーザーマイクロテクスチュアで十分な接合強度、及び、リード引き抜き強度を確保。
-さらに、加工コスト低減に向けて、レーザー加工同様のパターンを反転した
型とプレス加工プロセスの実用化の目処付け。

・グラファイト放熱板構造の最適化
-シミュレーションと、現物の過渡熱抵抗測定がほぼ一致することを確認した上で、75W GaNトランジスタx2個時、従来の銅複合材に比べて、 チャネル温度⊿40℃低減を確認。

・完全密封パッケージ開発
-トランスファーモールドの樹脂バリ取りを含むスループロセスを確立、その出来栄え確認として、実製品同等状態で、温度サイクル前後のグロスリーク無きこと、及び、熱抵抗の経時変化無きことを確認

研究開発の成果
知財出願や広報活動等の状況

特願2019-028009 中空パッケージ構造およびその製造方法、ならびに半導体装置およびその製造方法
Saito, Y.; Aizawa, T.; Wasa, K.; Nogami, Y. Leak-proof packaging for GaN chip with controlled thermal spreading and transients. In Proceedings of the 2018 IEEE BiCMOS and Compound Semiconductor Integrated Circuits and Technology SYmposium, San Diego, CA, USA, 15-17 October 2019 IEEE Xplore Digital Library: San Diego, CA, USA, 2018, DOI:10.1109/BCICTS.2018.8551037

研究開発成果の利用シーン

GaNデバイスを用いた高周波・マイクロ波通信用デバイスでの高電圧動作、高電力密度特性により、GaNチップサイズはGaAsデバイスに比べて1/5~1/10程度に小型化が可能である一方、チップのチャネル温度の上昇、それを抑制する放熱性が課題になる。課題解決のために、高周波特性に優れた高放熱拡散の安価な中空プラスチック密閉パッケージが求められる。

実用化・事業化の状況

事業化状況の詳細

展示会、学会で、プロモーション中

提携可能な製品・サービス内容

設計・製作、製品製造、共同研究・共同開発、技術ライセンス

製品・サービスのPRポイント
正味の熱源面積と熱抵抗のトレードオフ関係

高周波特性に優れた高放熱拡散の安価な密閉プラチックパッケージ、及び、製造プロセスを開発
・75W GaNx2個でチャネル温度⊿40℃低減し、熱源面積と熱抵抗のトレードオフを大幅改善
・実製品同等状態で、温度サイクル後もグロスリーク無し、かつ、熱抵抗経時変化無しの完全密閉パッケージを実現

今後の実用化・事業化の見通し

5G携帯基地局用のパワーアンプ顧客、レーダー用のパワーアンプ顧客との商談の機会で、高周波特性に優れた高放熱拡散の安価なプラスチック密閉パッケージの必要性が高まっていることを感じ、今後、本研究内容が、これらの顧客にとって不可欠な技術として認知されることを確信している。高熱伝導性を誇る異方性グラファイトのコストは数量見合いというジレンマの中で、5G携帯基地局のみならず、探知距離の長いレーダー等のハイエンド製品を手がける顧客へのプロモーションを行っていく

プロジェクトの実施体制

サポイン事業者 中央電子工業株式会社 電子デバイス事業部 事業部長 齋藤 靖雄
事業管理機関 公益財団法人くまもと産業支援財団 企業支援部 産学連携推進室
研究等実施機関 学校法人芝浦工業大学 デザイン工学科 相澤 龍彦
株式会社サーモグラフィティクス 代表取締役 野上 美郎

サポイン事業者 企業情報

企業名 中央電子工業株式会社(法人番号:6010901007467)
事業内容 半導体製品の開発・製造・販売
社員数 195 名
生産拠点 熊本工場(熊本県)
本社所在地 〒869-0512 熊本県宇城市松橋町古保山3400
ホームページ http://www.cdk.co.jp
連絡先窓口 営業部
メールアドレス info@cdk.co.jp
電話番号 0964-32-2730