パワー デバイス 書籍 
 
No.2260
先端半導体製造プロセスの最新動向と微細化技術
次世代半導体パッケージの最新動向とその材料、プロセスの開発

◎Si、SiC、GaN、酸化ガリウムや、車載環境での要求特性、実装事例を徹底解説!

◎「熱特性」と「動作信頼性」を両立するTIM、放熱シートの設計指針を詳解!

次世代パワーデバイスに向けた

高耐熱・高放熱材料の開発と熱対策

〜基板・接合・封止・冷却技術〜

発刊予定日 : 2024年8月末日  体 裁 : A4判 約500頁   定 価:88,000円(税込)  ISBN:978-4-86798-030-9


 
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■ 本書ではこんな情報を掲載しています

・樹脂の耐熱性向上と材料の膨張対策

・熱伝導性フィラーと樹脂のコンポジット化

・樹脂基板、セラミックス基板、金属基板材料の開発動向

・線膨張係数による材料間応力を起因とする反り、剥離、破断等の故障対策

・300℃以上の高温動作、氷点下での低温動作への対応

・熱伝導特性と機械的特性、電気絶縁特性、強度信頼性の両立

・耐熱性と線膨張差による繰返し応力への 熱疲労特性の向上、クラック対策

・エレクトロマイグレーション、エレクトロケミカルマイグレーションの抑制

・金属焼結材料の耐湿性、耐酸化性、耐熱性、長期信頼性の確保

・接合プロセスの低温化、短時間化

・耐熱性、高熱伝導性、耐腐食性の向上、低応力対応

・柔軟性高熱伝導材料、TIMの耐久性、長期信頼性確

 

■ 主な執筆者(敬称略) 

グリーンパワー山本研究所 山本 秀和 関西大学 原田 美由紀
富士電機(株) 椎木 崇  (地独)大阪市立工業研究所 大塚 恵子
名古屋大学 山本 真義 (株)カネカ  立花 正満
筑波大学 岩室 憲幸 豊橋技術科学大学 村上 義信
名古屋大学 加地 徹 富山県立大学 真田 和昭
(国研)情報通信研究機構 上村 崇史 信越化学工業(株) 多畑 勇志
佐賀大学 嘉数 誠 (国研)産業技術総合研究所 冨永 雄一
東芝マテリアル(株) 那波 隆之 名古屋大学 竹中 康司
大陽工業(株) 秦 恵子 広島大学 佐々木 元
(株)FJコンポジット 津島 栄樹 名古屋大学 長野 方星
東洋紡(株) 前田 郷司 (株)村田製作所 元木 章博
(公財)鉄道総合技術研究所 上條 弘貴 (株)ロータス・サーマル・ソリューション 井手 拓哉
千住金属工業(株) 佐々木 智揮 名古屋大学 西川原 理仁
(株)クオルテック 高橋 政典 車載エレクトロニクス実装研究所 三宅 敏広
日鉄マイクロメタル(株) 江藤 基稀 (株)レゾナック 南 和彦
パナソニックホールディングス(株) 古澤 彰男 大分デバイステクノロジー(株) 杉木 昭雄
京都先端科学大学 生津 資大 (株)モーデック 嶌末 政憲
東北大学 日暮 栄治 シーメンス(株) 武井 春樹
早稲田大学 巽 宏平 足利大学 西 剛伺
大阪大学 陳 伝トウ 名古屋大学 重松 浩一
大同大学 山田 靖 (株)フジデリバリー 篠田 卓也
ゼストロンジャパン(株) 加納 裕也 (地独)神奈川県立産業技術総合研究所 八坂 慎一
NBリサーチ 野村 和宏 (株)住化分析センター 雫石 拓也
(有)アイパック 越部 茂 (株)ベテル 山藤 靖一郎
ペルノックス(株) 佐々木 雄一 (株)クオルテック 池本 裕
(株)KRI 林 裕之 群馬大学 荘司 郁夫
Coat-XJapan(株) 江坂 啓 (株)東レリサーチセンター 杉江 隆一
(株)ザズーデザイン 柴田 博一 名古屋工業大学 田川 正人
DIC(株) 恩田 真司  

■ 目  次

第1章 パワー半導体の開発及びデバイス応用動向

第2章 耐熱、放熱基板材料の設計と信頼性の向上

第3章 接合材料、技術の設計と高温接続信頼性

第4章 封止材料の設計と高温動作への対応

第5章 耐熱、放熱樹脂、膨張緩和材料の設計

第6章 冷却部品の設計、冷却技術の開発と実装技術

第7章 パワーデバイスの熱設計と高耐熱、高放熱パッケージング技術

第8章 パワーデバイスの信頼性と熱特性評価


◇第1章 パワー半導体の開発及びデバイス応用動向 ◇

第1節 パワーデバイスの開発動向とパワーデバイス実装への要求
1.パワーデバイスの開発動向
 1.1 パワーデバイスの構造
 1.2 パワーデバイスの製造プロセス
 1.3 パワーモジュールへの要求
 1.4 ワイドギャップ半導体への期待
2.パワーデバイス実装への要求
 2.1 Siパワーデバイスにおける実装への要求
 2.2 SiCパワーデバイスにおける実装への要求
 2.3 GaNパワーデバイスにおける実装への要求
 2.4 酸化物半導体パワーデバイスにおける実装への要求

第2節 パワー半導体素子の開発状況
1.シリコン材料パワー半導体の開発状況
 1.1 パワー半導体の動作と損失
 1.2 MOSFETの開発動向
  1.2.1 MOSFET
  1.2.2 スーパージャンクションMOSFET
 1.3 IGBT、RC-IGBTの開発動向
  1.3.1 IGBT
  1.3.2 RC-IGBT

第3節 車載用パワー半導体実装技術の最新動向
1.次世代電動自動車(xEV)に求められるパワーエレクトロニクス技術
2.パワー半導体モジュール内実装型シャント抵抗方式電流センサ
3.インホイールモータ応用におけるSiCパワー半導体の実装技術

第4節 SiCパワーデバイスの開発と最新動向
1.SiCパワーデバイスの最新技術
 1.1 パワーデバイスの主役:MOSFETとIGBT
 1.2 SiC MOSFETを取り巻く状況
 1.3 SiC MOSFETチップの最新技術
 1.4 SiC MOSFETモジュール技術
  1.4.1 高強度接合材料
  1.4.2 低インダクタンス配線技術
  1.4.3 高耐熱性能向上技術

第5節 GaNパワーデバイスの開発動向と今後の課題
1.横型GaNパワーデバイス
 1.1 横型構造デバイスの課題
 1.2 ノーマリオフ動作
 1.3 横型パワーデバイスの実際
 1.4 応用と展望
2.縦型構造デバイス
 2.1 課題と現状
 2.2 将来展望

第6節 酸化ガリウムパワーデバイスの開発動向
1.β-Ga2O3 ショットキーバリアダイオード (Schottky Barrier Diode:SBD)
 1.1 ガードリング構造 β-Ga2O3 SBD
 1.2 トレンチ構造 β-Ga2O3 SBD
 1.3 ベベル構造 β-Ga2O3 SBD
 1.4 pn ヘテロ接合 NiO/β-Ga2O3 ダイオード
 1.5 β-Ga2O3 SBD と Si SBD の比較
 1.6 β-Ga2O3 SBD 結言
2.金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ
 2.1 横型 高周波(RF) β-Ga2O3 MOSFET
 2.2 縦型 β-Ga2O3 MOSFET
  2.2.1 β-Ga2O3 Current Aperture Vertical Electron Transistor(CAVET)
  2.2.2 β-Ga2O3 トレンチ FET
  2.2.3 β-Ga2O3 Fin FET
3.β-Ga2O3 デバイス熱管理のための放熱技術
 3.1 異種基板上貼り付け技術
 3.2 デバイス表面からの放熱

第7節 ダイヤモンドパワー半導体の現状と結晶成長、デバイス作製技術の研究動向
1.サファイア基板上ヘテロエピタキシャルダイヤモンド成長
2.傾斜したサファイア基板上へのステップフローモードを使ったヘテロエピダイヤ成長
 2.1 ダイヤモンドMOSFET作製方法
 2.2 ダイヤモンドMOSFET特性
 2.3 選択ドープダイヤモンドMOSFET
 2.4 パワー回路の作製とスイッチング特性
 2.5 ストレス特性

 

◇第2章 耐熱、放熱基板材料の設計と信頼性の向上◇

第1節 高熱伝導性窒化ケイ素基板,銅回路基板の開発
1.窒化ケイ素セラミックスの高熱伝導化
 1.1 窒化ケイ素の特徴
 1.2 高熱伝導化のポイント
2.高熱伝導窒化ケイ素を適用した銅回路基板の開発
3.窒化ケイ素基板の諸特性
 3.1 高熱伝導窒化ケイ素基板適用時の熱抵抗特性
 3.2 熱疲労特性
 3.3 曲げ強度・最大たわみ量
 3.4 電気絶縁特性
  3.4.1 耐電圧
  3.4.2 V-t 特性
4.高熱伝導窒化ケイ素基板の適用事例
 4.1 多様化する実装形態への適用
 4.2 次世代半導体素子実装への適用

第2節 銅インレイ基板によるパワエレ機器の高放熱・大電流対応
1.銅インレイ基板
 1.1 銅インレイ基板の構造
 1.2 銅インレイ基板による放熱の考え方
2.銅インレイ基板と従来の基板放熱の比較
 2.1 サーマルビアによる放熱との比較
 2.2 アルミ基板(金属基板)との比較
3.銅インレイ基板と大電流化

第3節 電気自動車(EV)用パワー半導体向け放熱材料の開発
1.銅-モリブデン複合材 S-CMCとは
2.S-CMCの製造方法
3.S-CMCのEV車への適用例 

第4節 高耐熱・低CTEポリイミドフィルムの特性とその半導体パッケージ材料への応用
1.はじめに
 1.1 パワー半導体実装基板への要求特性と高分子材料の可能性
 1.2 半導体実装基板材料としての高分子材料の課題
2.ポリイミド
3.XENOMAXRの特性
 3.1 CTE:線膨張係数
 3.2 粘弾性特性
 3.3 機械特性、熱収縮率、電気特性
 3.4 耐薬品性
 3.5 難燃性
4.XENOMAX(R)の実装回路基板への応用
 4.1 半導体パッケージ用サブストレート
  4.1.1 ビルドアップ層
  4.1.2 コア層
 4.2 三次元実装パッケージ
5.XENOMAX(R)と他素材との積層によるCTE制御
 5.1 積層体の機械物性の予測
 5.2 フッ素樹脂/XENOMAX(R)複合基板
 5.3 フッ素樹脂/XENOMAX(R)複合基板のCTE
6.仮支持基板を用いた半導体パッケージの製法
 6.1 ガラス基板とポリイミドフィルムの接合技術
 6.2 フレキシブル・ディスプレイの製造例

第5節 高熱伝導繊維材料を用いた基板の開発と放熱効果
1.高熱伝導有機繊維
 1.1 スーパー繊維
 1.2 高熱伝導有機繊維
  1.2.1 超高分子量ポリエチレン繊維
  1.2.2 PBO繊維
 1.3 熱拡散率、熱伝導率
2.高熱伝導有機繊維を用いた放熱材料
 2.1 放熱シート
 2.2 基板
 2.3 熱伝導特性
  2.3.1 測定方法
  2.3.2 熱伝導率
 2.4 電気的特性
  2.4.1 絶縁抵抗
  2.4.2 絶縁破壊電圧
  2.4.3 誘電率
 2.5 線膨張係数
3.放熱特性の向上
 3.1 起毛処理
 3.2 配向
 3.3 ナノファイバー
4.IGBTスタックへの適用検討例
 4.1 放熱シート
 4.2 試験方法
 4.3 熱特性
 4.4 プリント基板
 4.5 試験方法
 4.6 熱収縮特性
5.高耐熱化

 

◇第3章 接合材料、技術の設計と高温接続信頼性◇

第1節 パワーデバイス用高温接合材料の開発
1.パワーデバイスの構造と各接合部に求められるはんだ
 1.1 高鉛はんだからの切替とWBG半導体に向けて
  1.1.1 SnSb系はんだとステップソルダリング
  1.1.2 WBG半導体向けSnSbAgCu系はんだ
 1.2 はんだの供給形態、シートとペースト
  1.2.1 ボイド抑制ペースト
  1.2.2 洗浄性向上ペースト
  1.2.3 低残渣ペースト
  1.2.4 ギ酸リフロー対応ペースト
  1.2.5 Niボール入りはんだ ペースト材/シート材
  1.2.6 真空リフロー炉
2.Ag焼結材料
 2.1 Ag焼結ペースト
  2.1.1 マイクロAg焼結ペースト 
 

第2節 はんだ付け部の信頼性と対策
1.はんだ付け部の信頼性
2.はんだクラック 
 2.1 はんだクラック進展
 2.2 結晶方位解析によるクラック進展
 2.3 クラック進展のばらつき
  2.3.1 Sn結晶方位の影響
  2.3.2 評価方法の問題
3.エレクトロマイグレーション
 3.1 EMについて
4.エレクトロケミカルマイグレーション(イオンマイグレーション)
 4.1 フラックス残渣とECM
 4.2 高温下で発生するECM
5.他項目
6.信頼性試験の短縮化

第3節 半導体実装用高機能Cuボンディングワイヤの開発
1.ボンディングワイヤの環境ストレス試験
2.新型高信頼性PCCワイヤ
 2.1 高温高湿耐性
 2.2 高温耐性
 2.3 実用化に向けた取り組み
 2.4 脱Auワイヤ化に向けた材料開発

第4節 高耐熱ナノソルダー接合材料の開発
1.ナノソルダー接合材料
 1.1 接合メカニズム
 1.2 接合検証
2.高品質ナノ粒子
 2.1 ナノ粒子作製技術
 2.2 ナノ粒子品質
3.ナノソルダー量産技術
 3.1 ナノソルダー製造プロセス
 3.2 ナノソルダー製造装置

第5節 酸化銅ナノ粒子を用いた銀焼結接合体の高機能化
1.酸化銅ナノ粒子を含むナノ銀焼成膜の機械信頼性
2.酸化銅ナノ粒子を含有した積層銀焼結接合体

第6節 半導体デバイス製造に用いられる低温接合技術
1.半導体デバイス製造に用いられる接合技術
2.常温・低温接合技術の放熱応用
 2.1 半導体の直接接合による高放熱構造の実現
 2.2 Au薄膜を介した接合による高放熱構造の実現

第7節 Ag焼結接合による異種材接合による高放熱パワーモジュール構造と信頼性評価
1.Ag焼結接合技術
 1.1 ミクロンAgフレーク粒子焼結接合
 1.2 Agフレークペースト低温焼結メカニズム
 1.3 異種材界面接合
2.構造信頼性評価
 2.1 高温構造信頼性
 2.2 熱衝撃信頼性試験
 2.3 高信頼のAg-Si実装材料

第8節 Cuナノ粒子を用いた高耐熱接合技術と特性評価
1.Cuナノ粒子を用いた高耐熱接合技術
 1.1 接合材料と試料
 1.2 熱特性
 1.3 信頼性
2.高耐熱接合の特性評価
 2.1 基礎物性値
  2.1.1 ヤング率
  2.1.2 熱膨張係数
 2.2 信頼性
  2.2.1 パワーサイクル信頼性
  2.2.2 エレクトロマイグレーション信頼性

第9節 高耐熱パワーデバイス用Niマイクロメッキ技術
1.高耐熱接続材料と技術
2.Niマイクロメッキ接合(NMPB:Nickel Micro Plating Bonding)
 2.1 銅ワイヤを介した電極とのNiマイクロメッキ接合
 2.2 専用リードフレームを用いたNiマイクロメッキ接合
3.リードフレームを用いたSiCモジュールの試作と評価
 3.1 リードフレームタイプ1レグモジュールの試作
 3.2 リードフレームタイプ1レグモジュールの評価
  3.2.1 パワーモジュールのI-V特性と高温動作
  3.2.2 各種パワーモジュールパッケージのパワーサイクル試験

第10節 焼結接合デバイスで求められる洗浄技術
1.焼結接合デバイスにおけるコンタミネーションの形成と残留の影響
 1.1 焼結剤成分由来のコンタミネーション【有機物残渣】
  1.1.1 有機物残渣が及ぼす影響
 1.2 接合プロセス起因で生じるコンタミネーション【銅酸化物・シート成分】
  1.2.1 AMB/DCB ( Active Metal Brazing/Direct Copper Bonding)基板の表面酸化【銅酸化物】
  1.2.2 樹脂シートからの混入【シート成分】
  1.2.3 シート成分や銅酸化物が及ぼす影響
 1.3 目視判別困難なコンタミネーション【イオン残渣】
  1.3.1 イオン残渣が及ぼす影響
 1.4 はんだ接合プロセスでの洗浄(フラックス洗浄)との相違点
2.洗浄剤と洗浄方式の選定
 2.1 洗浄剤に求められる基本特性
 2.2 高極性溶媒の適用
 2.3 洗浄剤に求められる環境適正
 2.4 洗浄方式による差異
 2.5 超音波洗浄における課題 「液置換性」・「部材ダメージ」・「ガルバニック腐食」
 2.6 スプレー洗浄機の形態
3.洗浄後の清浄度分析
 3.1 清浄度分析の手法
 3.2 FT-IR(フーリエ変換赤外分光光度計)
 3.3 基板表面の観察
 3.4 SEM-EDS (走査型電子顕微鏡エネルギー分散型X線分光法)
 3.5 IC(イオンクロマトグラフィ)
  3.5.1 ROSE(Resistivity of Solvent Extract) Testとの相違
  3.5.2 イオン残渣の基準値
4.洗浄事例

 

◇第4章 封止材料の設計と高温動作への対応◇

第1節 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
1.パワーデバイスについて
2.パワーデバイスの技術トレンド
3.次世代パワーデバイス用封止材の要求特性
 3.1 超高耐熱構造
 3.2 放熱性への対応
 3.3 低応力への対応
4.次世代パワーデバイス向け封止材の評価法
 4.1 耐熱性
  4.1.1 動作時の耐熱性
  4.1.2 長期使用に対する熱劣化
 4.2 熱伝導性
 4.3 応力シミュレーション

第2節 SiCなどの新規基板向けパワーデバイス用封止材料の要求特性と課題
1.パワーデバイス
 1.1 機能
 1.2 種類
 1.3 用途
 1.4 開発動向
 1.5 展開分野
2.パワーデバイスの封止技術
 2.1 封止方法
 2.2 封止材料
 2.3 パワーデバイス用封止材料の課題
3.パワーデバイスの発熱対策
 3.1 デバイス対策
 3.2 封止技術対策

第3節 耐熱性ウレタンゲル封止材料の開発
1.電気絶縁用のウレタンゲルの原料
 1.1 ポリオール
  1.1.1 ひまし油系
  1.1.2 ポリブタジエン系
  1.1.3 ポリオレフィン系
 1.2 イソシアネート
  1.2.1 MDI、TDI系(芳香族系)
  1.2.2 XDI系(芳香族系)
  1.2.3 H-MDI,H-XDI系(脂環式系)
  1.2.4 IPDI,NBDI系(脂環式系)
  1.2.5 HDI系(脂肪族系)
 1.3 鎖延長剤
 1.4 触媒
 1.5 耐候剤
 1.6 その他
  1.6.1 可塑剤
  1.6.2 消泡剤
  1.6.3 レベリング剤
  1.6.4 フィラー類
  1.6.5 抗菌剤、防カビ剤
  1.6.6 密着付与剤
  1.6.7 難燃剤
2.注型技術
 2.1 手作業による注型
 2.2 ディスペンサーによる定量吐出
 2.3 その他
3.ウレタンゲルの劣化
 3.1 ウレタン結合の劣化
 3.2 エーテル結合の劣化
 3.3 不飽和結合の劣化
4.柔軟系ウレタンの構造
 4.1 一般的なウレタンゲル
 4.2 従来のウレタンゲル
5.配合技術と特性
 5.1 一般ゲルタイプ
 5.2 高耐湿熱タイプ
 5.3 高耐熱、高耐湿熱タイプ
 5.4 硬度可変タイプ
6.更なる高機能化
 6.1 熱伝導タイプ
 6.2 特殊接着タイプ
 6.3 難燃タイプ
7.ウレタンゲルとしての新たな展開

第4節 セルロースナノファイバーと窒化ホウ素との複合化による熱伝導放熱材の設計
1.セルロースナノファイバーについて
2.セルロースナノファイバーの物性
3.有機無機複合放熱材
 3.1 汎用性樹脂を用いた複合放熱材
 3.2 セルロースナノファイバーを用いた複合放熱材
 3.3 複合放熱材の熱伝導率予測
4.窒化ホウ素/セルロースナノファイバー複合体の熱伝導率

第5節 耐湿・防水機能と絶縁性を両立する封止材・封止コーティング
1.CXコート
 1.1 単層膜と多層膜
  1.1.1 多層膜の特徴
 1.2 Coat-X Japanの市場・業界

 

◇第5章 耐熱、放熱樹脂、膨張緩和材料の設計◇

第1節 各種放熱材料の特性と材料選択のポイント、今後の展望
1.TIMの役割
2.TIMの構成
3.現在市場で入手可能なTIM
4.熱特性からの熱伝導シートの剪定方法
5.機械的特性からの熱伝導シートの選択
6.TIM市場の今後の展望

第2節 高耐熱性エポキシ樹脂の分子設計
1.開発事例
 1.1 ナフタレン型エポキシ樹脂 EPICLON HP-4700シリーズ
 1.2 ナフチレンエーテル型エポキシ樹脂 EPICLON HP-6000シリーズ
 1.3 ピロガロール型エポキシ樹脂 EPICLON EXA-7190

第3節 高放熱・強靭性エポキシ樹脂の設計
1.メソゲン基によるエポキシ樹脂の配列と熱伝導・強靭化効果
2.硬化剤構造によるエポキシ網目鎖配列と熱伝導性への影響
3.無機フィラー・セルロースナノファイバーによるコンポジット化

第4節 高耐熱マレイミド樹脂の材料設計
1.チオール変性マレイミド樹脂
2.ポリロタキサン変性マレイミド樹脂
3.封止材料への応用

第5節 高熱伝導人工グラファイト薄膜の開発
1.人工グラファイト薄膜
2.サーマル・インターフェース・マテリアル(TIM)
3.人工グラファイト薄膜のTIM性能
4.熱伝導メカニズム
5.各種TIMとの比較

第6節 静電吸着法を用いた放熱性コンポジット絶縁材料の開発
1.放熱性コンポジット絶縁材料の作製
 1.1 静電吸着法によるコンポジット粒子の作製
 1.2 コンポジット絶縁材料中のh-BNの配向制御
2.放熱性コンポジット絶縁材料の絶縁特性と放熱特性
 2.1 h-BNの配向がPMMA/h-BNコンポジット絶縁材料の電気的・熱的特性に与える影響
 2.2 tpPI/h-BNコンポジット絶縁材料
  2.2.1 tpPI/h-BNコンポジット絶縁材料の耐熱性
  2.2.2 tpPI/h-BNコンポジット絶縁材料の電気的・熱的特性

第7節 フィラー充填ポリマー系複合材料の微視構造設計と粘度・熱伝導率予測
1.フィラーの種類・形状と熱伝導率
2.微視構造と粘度の関係
 2.1 粘度予測式
 2.2 粘度と粒度分布の関係
3.微視構造設計技術
 3.1 球状フィラー
 3.2 球状フィラーと繊維状フィラーのハイブリッド
 3.3 板状フィラーと球状フィラーのハイブリッド
4.熱伝導率予測技術
 4.1 熱伝導率予測式
 4.2 RVEモデルを用いた熱伝導率予測

第8節 シリコーン系ギャップフィラーの設計、特性と応用技術
1.シリコーン系放熱材料の概要
 1.1 シリコーンの特徴
 1.2 シリコーン系材料の高熱伝導率化
2.放熱ギャップフィラーの位置付け
3.シリコーン系2液型ギャップフィラー
4.シリコーン系1液型ギャップフィラー

第9節 高熱伝導性六方晶窒化ホウ素/ポリマー複合材料開発のための粉体プロセス技術
1.hBNのアスペクト比を向上させる剥離プロセス
2.複合材料の熱伝導率等方化のためのhBNの造粒技術

第10節 巨大負熱膨張材料による熱膨張制御技術
1.Cu1.8Zn0.2V2O7セラミック微粒子とリン置換効果
2.Zn2-xMgxP2O7の巨大負熱膨張
3.巨大負熱膨張材料の電子デバイスへの活用

 

◇第6章 冷却部品の設計、冷却技術の開発と実装技術◇

第1節 高熱伝導型金属基複合材料の開発とそれを利用したヒートシンクの設計
1.ヒートシンクとしての金属基複合材料の優位性
2.金属基複合材料の作製法
3.高熱伝導化を目指したピッチ系炭素短繊維添加Al基複合材料
4.優れた機械的性質を有する多層Al基複合材料

第2節 ループヒートパイプの設計・応用事例と課題
1.ループヒートパイプの概要
 1.1 ループヒートパイプの特徴
 1.2 ループヒートパイプの原理および設計モデル
 1.3 ループヒートパイプの材料選択
2.ループヒートパイプの研究開発動向ならびに開発事例
 2.1 高熱流束ループヒートパイプ
 2.2 超小型ループヒートパイプ
 2.3 大型ループヒートパイプ
 2.4 長距離ループヒートパイプ
 2.5 マルチエバポレータ・コンデンサ型LHP
3.ループヒートパイプ実用化に向けた課題

第3節 超薄型ベイパーチャンバーの商品開発と事業展開
1.超薄型ベイパーチャンバーの商品開発
 1.1 超薄型ベイパーチャンバー開発の背景
 1.2 ベイパーチャンバーの基本構造
 1.3 ベイパーチャンバーの動作原理
 1.4 ベイパーチャンバーの設計
  1.4.1 ベイパーチャンバーの性能指標
  1.4.2 熱伝導率λの設計
  1.4.3 最大熱輸送量Qmaxの設計
 1.5 新型ウィックの開発とその性能
 1.6 ウィック開発へのCFDの適用
 1.7 新型ウィックを使用したベイパーチャンバーの長期信頼性
2.超薄型ベイパーチャンバーの事業化
 2.1 スマートフォン市場(民生機器)への適用
 2.2 その他市場への応用展開

第4節 ロータス金属による沸騰促進を利用した沸騰冷却技術の開発
1.沸騰冷却促進技術とその特徴
2.ロータス金属を用いた沸騰促進
3.ロータス金属を用いた沸騰冷却技術の応用と技術開発動向
 3.1 車載用インバータにおけるSiC素子の冷却を実現するベイパーチャンバー
 3.2 脱炭素を実現する沸騰冷却液浸HPC

第5節 電気流体力学(EHD)現象を利用した熱流体機器の開発
1.序論
 1.1 絶縁性液体中での電気力
 1.2 EHDポンプ
 1.3 誘電泳動力(DEP力)
2.DEPを利用したマイクロチャンネル蒸発器の開発
 2.1 電場を利用した沸騰伝熱促進レビュー
 2.2 DEPマイクロチャネル蒸発器の概要
 2.3 実験概要および結果
3.EHDポンプによるヒートスイッチループヒートパイプ(LHP)の開発
 3.1 LHP制御技術と本技術との比較
 3.2 EHDポンプの概要
 3.3 実験概要,結果

 

◇第7章 パワーデバイスの熱設計と高耐熱、高放熱パッケージング技術◇

第1節 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
1.未来のモビリティに向けた車載エレクトロニクス
2.CASEに向けた車載機器の進化
3.コネクテッド、 自動運転、シェアリング&サービスに向けた車載機器実装構造と高放熱・高耐熱化
4.電動化に向けた車載機器実装構造
5.電動化に向けたインバータの実装構造の変化と高放熱・高耐熱化
6.電動化に向けた車載充電器の実装構造の変化と高放熱・高耐熱化

第2節 パワー半導体モジュールの熱マネジメントと高放熱材料
1.パワー半導体モジュールの熱マネジメントとその課題
 1.1 パワー半導体モジュールの冷却
 1.2 パワー半導体モジュールの冷却の考え方
  1.2.1 高熱伝導材の適用と薄層化
  1.2.2 熱の広がり効果の拡大
  1.2.3 両面放熱構造
 1.3 パワー半導体モジュールの信頼性
2.パワー半導体モジュールの熱マネジメントに貢献する高放熱材料
 2.1 焼結銅ペースト
  2.1.1 評価モジュール作製
  2.1.2 熱性能評価
 2.2 高性能冷却フィン
  2.2.1 ストレートフィン
  2.2.2 ウェイビーフィン(波フィン)
  2.2.3 ピンフィン
  2.2.4 各種フィンの性能比較

第3節 次世代ワイドバンドギャップ半導体向けパワーモジュールパッケージ技術
1.開発したパワーモジュールFLAPの概要
 1.1 パワーモジュールの諸元
 1.2 耐熱性 Tc_max = 200℃
  1.2.1 Sn-Cu系接合材IMCの適用効果
 1.3 パッケージインダクタンスLs
 1.4 熱抵抗Rth_j-c
2.FLAPの電気的特性評価
 2.1 静特性
 2.2 動特性評価
3.FLAPの信頼性評価

第4節 発熱量の高精度見積りに必要となるパワーデバイスの実践的モデリング
1.電子回路シミュレータとSPICEモデル
 1.1 半導体回路の設計開発で不可欠となった電子回路シミュレータSPICE
 1.2 半導体回路のシミュレーションと共に発展したSPICEコンパクトモデル
2.パワーデバイスモデルのSPICEモデリング
 2.1 SPICEマクロモデル(サブサーキットモデル)
 2.2 パワーデバイスモデルで再現されなければならない基本特性
3.AI技術を使った実践的なモデリング
 3.1 AIモデリングにおけるディープラーニングとメタヒューリスティックス手法
 3.2 メタヒューリスティックス手法による実践的なAIモデリング


第5節 高精度熱解析を実現する半導体パッケージのモデル化ノウハウ
1.半導体パッケージの構造と放熱経路
2.半導体パッケージのモデル化手法
 2.1 2抵抗モデル
 2.2 DELPHIモデル
 2.3 詳細モデル
 2.4 Embeddable BCI-ROM

第6節 半導体パッケージの温度予測技術
1.半導体パッケージの温度予測における課題
2.半導体パッケージの3次元熱モデルの温度予測精度
 2.1 DPAKパッケージの3次元熱モデル
 2.2 グリッド設定とは
 2.3 シミュレーション条件
 2.4 グリッド設定による3次元熱モデルの温度予測精度への影響
3.半導体パッケージのコンパクト熱モデル
 3.1 コンパクト熱モデルの構成
 3.2 DPAKパッケージモデルのコンパクト熱モデルとその温度予測精度
 3.3 新たなコンパクト熱モデルの開発動向
4.実測結果から得られる熱回路網の利用
 4.1 Cauer型熱回路網
 4.2 Cauer型熱回路網同定のための温度測定
 4.3 熱回路網同定手法
 4.4 DPAKパッケージ搭載基板での測定及び熱回路網による温度予測例

第7節 パワーエレクトロニクスシステムにおける損失と熱のシミュレーション
1.素子の損失評価
 1.1 インダクタコア
 1.2 パワー半導体
2.熱の評価例
 2.1 DC/DCコンバータ
 2.2 電動航空機

第8節 パワーデバイスの定常熱解析と過渡熱解析
1.半導体モデルの概要
 1.1 簡易ブロックモデル
 1.2 詳細モデル
 1.3 JTAMモデル
 1.4 熱回路網モデル
  1.4.1 熱抵抗モデル
  1.4.2 2抵抗モデル
  1.4.3 DELPHIモデル
 1.5 過渡熱回路網モデル
  1.5.1 D2ELPHI モデル
  1.5.2 Cauer型モデル
2.過渡熱解析用DXRC モデルの規格
 2.1 過渡熱抵抗の測定結果を使用したRCモデル
 2.2 データシートデータを利用したRCモデル
3.従来モデルの課題
 3.1 モデリング手法の課題解決
4.RCモデルの作製方法
 4.1 過渡伝熱抵抗を入手、過渡伝熱抵抗グラフから熱抵抗と熱容量を算出
 4.2 熱回路網の構造の決定
 4.3 入力変数と目的関数の定義
 4.4 過渡伝熱抵抗の測定環境をモデリングし解析ファイルを作製
 4.5 最適化ツールで熱抵抗と熱容量のフィッティング
5.モデルの比較結果
6.DSRC モデルおよびDNRC モデルの利用方法

 

◇ 第8章 パワーデバイスの信頼性と熱特性評価◇

第1節 放熱材料の熱物性評価技術(熱伝導率、放射率、熱膨張、熱応力)
1.パワーモジュールの放熱に関わる要求特性
2.熱物性評価技術
3.熱伝導率
 3.1 熱伝導率の評価方法
  3.1.1 保護熱板法
  3.1.2 熱流計法
  3.1.3 フラッシュ法
 3.2 熱伝導率測定の事例紹介
  3.2.1 フラッシュ法によるエポキシ系封止材料の熱伝導率温度依存性評価
  3.2.2 フラッシュ法による放熱シート(グラファイトシート)の熱伝導率異方性評価
4.放射率
 4.1 放射率の評価方法
  4.1.1 FT-IR法
  4.1.2 全放射率測定法
 4.2 放射率の事例紹介
  4.2.1 材料毎の全放射率の測定
  4.2.2 表面形状の異なるコート材の全放射率の測定
5.熱膨張率、及び熱応力
 5.1 熱膨張率、及び熱応力の評価方法
  5.1.1 TMA法
  5.1.2 収縮率・応力連続測定法
 5.2 熱膨張率、及び熱応力の事例紹介
  5.2.1 TMA法によるエポキシ系封止材料の線膨張率測定
  5.2.2 TMA法によるガラスエポキシ系プリント基板の熱膨張率・熱応力測定
  5.2.3 熱硬化性エポキシ樹脂の硬化収縮率・硬化収縮応力の測定
6.熱物性の複合化 〜熱伝導率の熱膨張率補正〜

第2節 高熱伝導樹脂材料の伝熱性評価
1.従来の伝熱評価法
 1.1 定常法
  1.1.1 保護熱板法(Guarded hot plate apparatus:GHP法)
  1.1.2 平板比較法(Heat flow meter apparatus:HFM法)
 1.2 非定常法
  1.2.1 熱線法
  1.2.2 3ω法
  1.2.3 レーザフラッシュ法
  1.2.4 温度波熱分析法
  1.2.5 繊維配向評価システム
  1.2.6 ホットディスク法
2.レーザスポット周期加熱放射測温法による分散型複合材料測定
3.レーザスポット周期加熱サーモリフレクタンス測温法による局所測定
 3.1 サーモリフレクタンス法
 3.2 サーマルマイクロスコープ
 3.3 高熱伝導樹脂の局所測定

第3節 パワーサイクル試験の注意事項と非破壊検査による正確な劣化評価推定
1.パワーデバイス特有の評価試験
 1.1 パワーサイクルとは
 1.2 パワーサイクル試験のTj測定方法
 1.3 パワーサイクル試験
  1.3.1 ΔTjパワーサイクル試験
  1.3.2 ΔTcパワーサイクル試験
  1.3.3 一般的な温度サイクル試験
 1.4 試験環境起因のサージ
  1.4.1 パワーサイクル試験通電時オン時の電流サージ
  1.4.2 パワーサイクル試験通電時オフ時の電圧サージ
2.信頼性を支える評価解析手法
 2.1 非破壊評価
 2.2 AIを利用した解析
 2.3 超音波顕微鏡とX線CT
  2.3.1 超音波顕微鏡による検査
  2.3.2 X線CT
  2.3.3 測定原理と測定結果の差違解釈
  2.3.4 解析結果の考察と劣化イメージの推定
  2.3.5 非破壊検査の結果と断面の比較検証
  2.3.6 非破壊評価まとめ


第4節 パワー半導体および半導体パッケージにおける接合信頼性
1.接合信頼性の評価手法
 1.1 接合部の構造
 1.2 接合信頼性評価試験
2.評価事例
 2.1 パワー半導体接合用高温鉛フリーはんだの高温疲労特性
 2.2 半導体パッケージ用低温鉛フリーはんだの疲労特性
 2.3 エポキシ樹脂と電極材料との接着強度の劣化挙動

第5節 SiCパッケージの応力と温度の計測方法
る応力評価原理
3.ラマン線の温度依存性
4.4H-SiCパワーMOSFETの応力評価
5.4H-SiCパワーMOSFETの温度計測1.SiCのラマンスペクトルの特徴
2.ラマン分光法によ

第6節 熱電対の基本的な使い方と測定誤差の代表的な要因について〜流体および物体表面の温度計測を主題として〜
1.熱電対の基礎
 1.1 熱電対の熱起電力
 1.2 標準的な熱電回路の図解
2.細線熱電対による流体温度測定における注意点
 2.1 細線熱電対の応答特性の支配方程式
 2.2 棒状温度センサ(たとえばシース熱電対)の熱伝導誤差
3.物体表面の温度計測
 3.1 計測誤差の熱伝導解析
 3.2 計測誤差を効果的に低減する方法

 

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