研究開発された技術紹介

ハイブリッド自動車に使用されるパワー半導体モジュールでは冷却効率の高い実装基板が求められているが、このためには熱伝導率が高い基材が必要である。本研究開発は、異方性グラファイト、窒化珪素および銅を組み合わせることにより、従来比3倍を超える熱伝導率を有する回路付き放熱基板を提供することを目的とし、この実現のため、これらの異種材料を安価に接合する製造技術を確立するものである

半導体チップが搭載される銅板と高熱伝導性を誇る異方性グラファイトと高熱伝導絶縁基板(本開発では窒化ケイ素を使用)の組合せで、高効率なヒートスプレッダを実現する
(新技術)
銅板、高熱伝導性を誇る異方性グラファイト、高熱伝導絶縁基板を組合せる
(新技術の特徴)
厚い銅板を使用したものに対して、異方性グラファイトを使用して15～60℃半導体チップの温度を下げる

・マルチワイヤーにより異方性グラファイトの切断を実現し、量産に向けては更にワイヤー本数が多い状態での加工が必要なため、加工品の固定や加工条件の詰めが必要となることが分かった
・120×100mmサイズまで異種材料接合のムラにならない接合条件を確立し、0.1mm以下の反り量を実現した
・ファイバーレーザ光源の光を絞って窒化ケイ素基板に照射させることで、容易にU溝に近い形のV溝の除去加工が可能となり、それをブレークするときれいな個品分割ができた
・数多くの部材の構成と厚みの組合せの伝熱シミュレーションにより、銅板に比較して高熱伝導グラファイトを用いたヒートスプレッダの優位性を認識でき、コストと性能両立させる方向を見出した
・放熱特性の評価方法を確立した

高熱伝導パワーモジュール基材
・高熱伝導グラファイトをヒートスプレッダとして使用
・銅、異方性グラファイト、絶縁基板(窒化ケイ素)の組合せ
・熱伝導評価、シミュレーション

・小型軽量化と放熱対策を両立
・業界先端の熱伝導率窒化ケイ素基板との組合せ
・回路付きセラミック基板付ヒートスプレッダの提供

・自動車および電気業界のユーザーと話す機会が増えて、銅板を使ったヒートスプレッダに続くヒートスプレッダの必要性が高まっていることを感じることができ、本研究内容が近い将来事業としてスタートすると確信している
・補完研究や顧客との話し込みなど今しばらく足元を固める期間を経て、事業化投資もままならないので顧客を絞っての事業化スタートを目論む