パワーデバイス 書籍
 
No.1548
 
 
 

◎EV・HEV車に対応する型・軽量で高耐圧・低損失なパワーモジュールを実現する!
◎各種課題―高耐圧化/大電流化/高速化/高温動作/ 高放熱・高耐熱材料/EMI・EMC対策などについて詳解!

超高耐圧・高温動作システムの実現に向けた

SiC/GaNパワーデバイス
製造プロセス放熱・冷却技術

発 刊 2010年2月25日   体 裁 B5判 340頁   定 価 80,000(税抜)
※書籍絶版 オンデマンド版 30,000円(税抜)   (上製本ではありません)

■ 本書のポイント

【T】 パワーデバイスのプロセス技術と低損失化
1.透明/平坦性に優れたGaN結晶成長技術
2.SiCの結晶欠陥低減化技術
3.SiCの大口径化
4.大面積における均一化と膜質の評価
5.酸化膜/SiC界面の評価技術
6.超精密切断/研削/研磨技術と研磨面の評価
7.無歪超平坦ポリシリング技術

【U】 高放熱材料とパッケージングおよび放熱・冷却技術
1.熱伝導性アルミナフィラーの特性と高熱伝導化技術
2.シリコーン放熱材料および封止材料の設計・技術
3.高放熱性封止樹脂と高温環境での信頼性
4.高温鉛フリーはんだ実装技術と接続信頼性
5.パワーデバイス用放熱基板と高熱伝導化
6.低消費電力/低コスト化とIMST実装パワーパッケージ技術
7.高耐熱・高平坦性セラミックス多層基板
8.パワーモジュール高放熱パッケージ技術とさらなる高放熱化
9.パワーモジュールの放熱性を阻害する要因と対策
10.樹脂モールド型パワーモジュールと信頼性
11.高性能ヒートパイプを用いたパワー素子冷却技術
12.両面冷却構造による放熱/冷却技術
13.AIワイヤボンディングの熱応力解析/接続性評価技術
14.パワーデバイスにおける熱解析シミュレーションと留意点 
15.インバータから発生するノイズ対策・設計技術

【V】 カーエレクトロニクス市場とパワー半導体の将来展望
1.車載用途に向けた高耐熱・低損失化・熱対策
2.車載用パワー半導体の最新技術と課題
3.走行用モータ、インバータにおける小型化と高効率の両立

■ 執筆者(敬称略)

(独)産業技術総合研究所
名古屋工業大学
(独)物質・材料研究機構
大阪大学
(株)エコトロン
(財)電力中央研究所
(財)電力中央研究所
九州工業大学
(独)産業技術総合研究所
埼玉大学
(株)フジミインコーポレーテッド
住友化学(株)
東レ・ダウコーニング(株)
京セラケミカル(株)
(株)村田製作所

岩室 憲幸
江川 孝志
川村 史朗
森 勇介
西川 公人
伊藤 雅彦
土田 秀一
中尾 基
加藤 智久
土方 泰斗
河田 研治
藤原 進治
中吉 和己
内田 健
高岡 英清

日本テキサスインスツルメンツ(株)
電気化学工業(株)
三洋半導体(株)
日本発条(株)
(株)村田製作所
富士電機デバイステクノロジー(株)
富士電機デバイステクノロジー(株)
三菱電機(株)
(株)セツヨーアステック
古河電気工業(株)
(株)デンソー
(株)日立製作所
(有)スコーレ・ティー・エー・リサーチ
インフィニオンテクノロジーズジャパン(株)
トヨタ自動車(株)
日産自動車(株)

雨海 正純
岡田 拓也
酒井 紀泰
斉藤 達也
福田 順三
高橋 良和
西浦 彰
西村 隆
由宇 義珍
橋本 信行
平野 尚彦
三島 彰
佐藤 正典
杵築 弘隆
石川 哲浩
押上 勝憲

■ 目  次


第1章 パワーデバイスのプロセス技術と低損失化

第1節 『SiC・GaNパワーデバイスへの期待と解決すべき課題』

はじめに
1.なぜSiC、GaNが注目されているのか
2.SiC・GaNスイッチングデバイスの課題
3.実使用上の課題
まとめ

 

第2節 『MOCVD法によるヘテロエピタキシャル結晶高温成長技術』


第3節 『LPE技術を用いた透明/平坦性に優れたGaN結晶成長技術』

はじめに
1.GaN結晶成長法
2.液相成長によるGaN結晶成長
  2.1 GaN結晶育成におけるLPE成長の役割
  2.2 Naフラックス法を用いたLPE成長(13〜22)
   2.2.1 Naフラックス法における転位減少メカニズム
   2.2.2 NaフラックスLPEの展望
   2.3.1 アンモニアの超臨界状態
   2.3.2 アモノサーマル法の現状(23-26)
   2.3.3 アモノサーマル法におけるLPEの展望
  2.4 高圧合成法を用いたLPE成長(27-29)
   2.4.1 高圧合成法の現状
   2.4.2 高圧合成法の展望
3.GaN結晶成長のまとめと今後の展望

 

第4節 『準安定溶媒エピタシー技術によるSiCの結晶欠陥低減化技術』

はじめに
1.成長原理
2.成長膜評価
3.結晶欠陥評価
おわりに

 

第5節 『大口径・高速SiCエピタキシャル成長技術』

はじめに
1.SiCエピタキシャル成長装置
2.大面積における均一性
3.膜質評価
  3.1 AFM表面観察および時間分解フォトルミネッセンス
  3.2 低温フォトルミネッセンス
  3.3 点欠陥密度評価
  3.4 転位・欠陥密度評価
   3.4.1 ショックレータイプ基底面転位(BPD)密度
   3.4.2 3Cポリタイプインクルージョン
  4.高速エピタキシャル成長
  5.まとめ

 

第6節 『SiC基板の大口径化』

 

第7節 『SiCバルク単結晶成長の欠陥抑制技術』

はじめに
1. 昇華法によるSiC単結晶成長
2. SiC単結晶中に生ずる結晶欠陥
3. 昇華法による欠陥の抑制
  3.1 マイクロパイプの抑制技術8,14)
  3.2 口径拡大と欠陥の抑制15)
4. おわりに

 

第8節 『SiCウェハ表面への酸化膜形成と酸化膜/SiC界面の評価技術』

1. SiCウェハ表面への酸化膜形成と酸化膜/SiC界面の評価技術
  1.1 酸化膜形成技術
   (1) ドライ酸化とウェット酸化
   (2) 酸化前処理と酸化後処理
   (3) 堆積絶縁膜
  1.2 酸化膜/4H-SiC界面の評価
   (1) 容量?電圧・コンダクタンス?電圧法
   (2) スロートラップ・プロファイリング
   (3) 光電子分光法
   (4) 分光エリプソメトリ
   (5) 電子スピン共鳴法

 

第9節 『SiC半導体基板の超精密切断/研削/研磨技術と研磨面評価』

はじめに
1.SiC加工技術開発の背景と目的
2.高精度切断技術・高精度ラッピング技術の開発
  2.1 高精度切断技術の開発
   2.1.1 単線ワイヤによる切断試験
   2.1.2 マルチワイヤソーによる実用サイズインゴットの切断
   2.1.3 まとめ
  2.2 高精度ラッピング技術の開発
   2.2.1 実験方法
   2.2.2 実験結果
   2.2.3 まとめ
3.無歪超平坦ポリシング技術の開発
  3.1 SiC専用研磨材による無歪超平坦ポリシング
  3.2 両面同時ポリシング法の開発
  3.3 まとめ
4.研磨面評価のための素子形成及び素子特性評価
  4.1 金属−酸化膜−半導体型電界効果トランジスタの作製及び評価・検証
   4.1.1 実験方法
   4.1.2 実験結果
   4.1.3 まとめ
  4.2 ショットキーバリアダイオ−ドの作製及び評価・検証
   4.2.1 実験方法
   4.2.2 実験結果
   4.2.3 まとめ
おわりに

 

第2章 高放熱材料とパッケージングおよび放熱・冷却技術

第1節 『熱伝導性アルミナフィラーの特性と高熱伝導化技術について』

1.はじめに
2.アルミナの特性とその製造方法
  1.1 アルミナの特性
  1.2 アルミナの製造方法
   1.1.1 バイヤー法(バイヤーアルミナ)
   1.1.2 アルミニウムアルコキシド法(高純度アルミナ)
   1.1.3 In-situ Chemical Vapor Deposition法
3.アルミナフィラー添加による有機高分子の高熱伝導化技術
  3.1 熱伝導のメカニズム
  3.2 樹脂-セラミック複合体による高熱伝導化
   3.2.1 熱伝導の理論モデル
   3.2.2 フィラーの高充填化
  3.3 アルミナフィラー添加によるエポキシ樹脂の高熱伝導性化
4.おわりに

 

第2節 『パワーデバイスに用いるシリコーン封止材料・放熱材料の設計と
     SiCデバイス向けた技術開発について』

はじめに
1. 車載用電子機器/デバイスの市場・開発動向
  1.1 車載マイコンの発展
  1.2 パワーデバイスでは損失低減が急務
  1.3 自動車などの移動機器における実装信頼性問題
2. シリコーンの特長と優位性
3.シリコーン放熱材料および封止材料の設計・技術とその特長
  3.1 放熱材料の設計
  3.2 熱特性の評価方法
  3.3 シリコーンゲル封止材料の設計と特長
4. SiCパワーデバイスへの対応
  4.1 SiCデバイスの特長と課題
  4.2 SiCがもたらすインパクトと望まれる周辺材料
5. 技術的課題と今後の技術動向
おわりに

 

第3節 『パワーデバイス用封止樹脂』

1.高放熱性封止樹脂
  1.1樹脂の高熱伝導化と熱抵抗
  1.2高熱伝導性封止樹脂の設計
  1.3.フィラーの高充填化
  1.4. 高熱伝導性封止樹脂における技術的課題
  1.5. 製品への適用
2.高耐熱性封止樹脂
  2.1高ガラス転移温度樹脂
  2.2マレイミド樹脂の導入
  2.3高温環境での信頼性

 

第4節 『有機高熱伝導材料のパワーモジュールへの応用技術』

1.パワーモジュールへの有機材料の適用
2.有機材料の放熱性の重要性
3.有機熱伝導材料を用いたパワーモジュール
  3.1 樹脂モールド型パワーモジュール
  3.2 絶縁シート構造モールド型パワーモジュール
  3.3 絶縁シート構造モールド型パワーモジュールの大容量化
4.樹脂モールド型パワーモジュールの信頼性
  4.1 冷熱衝撃耐久性
  4.2 パワーサイクル寿命
5.樹脂モールド型パワーモジュールの今後の展望

 

第5節 『鉛を含有しない耐熱ソルダペ−スト』

はじめに
1.Bi基合金の基礎物性
  1.1 引っ張り強度
  1.2 はんだ付性
  1.3 耐溶食性
  1.4 凝固時の体積変化率,線膨張係数
  1.5 弾性変形能
  1.6 塑性変形能
2.Bi基ソルダペ−ストの材料設計
  2.1 樹脂添加Biソルダペ−スト
   2.1.1 樹脂添加Biソルダペ−ストの材料設計
   2.1.2 最適化した樹脂添加Biソルダペ−ストの性能
  2.2 Bi基合金,Sn,Cu混合粉末ペースト
   2.2.1  Bi基合金,Sn,Cu混合粉末ペーストの材料設計
   2.2.2. 最適化したBi基合金,Sn,Cu混合粉末ペーストの性能
おわりに

 

第6節 『高温鉛フリーはんだ実装技術と接続信頼性』

あらまし
1.まえがき
2.携帯機器の落下衝撃
3.落下衝撃不良に対する改善方法
4.はんだ材料の添加元素
5.落下衝撃試験の代用試験方法
6.おわりに

 

第7節 『パワーデバイス用熱放散関連材料』

1.セラミックス基板
2.金属基板
3.TIM材
4.ヒートシンク材

 

第8節 『放熱性メタルベース基板の高熱伝導化技術』

1.メタルベース基板の種類
2.メタルベース基板の採用状況
3.メタルベース基板の基本構造
4.メタルベース基板に対する要求特性と評価方法
  1) 放熱性能
  2) 絶縁信頼性
  3) 接着信頼性
  4)誘電特性
  5) 耐環境性能
   @耐熱性
   A耐湿性
   B耐ヒートサイクル性
  6) 寸法・形状の安定性
5.メタルベース基板選定のポイント
6.今後の技術動向

 

第9節 『高耐熱・高平坦性セラミックス多層基板』

1.緒言
2. LTCC基板技術動向
  2.1 無収縮焼成
3. LTCC基板実用例
  3.1 LFCRシステムの特徴
   3.1.1 グリーンシートと主なペースト
   3.1.2 無電解めっき
   3.1.3 微細高密度配線
   3.1.4 微小ビア
   3.1.5 Pb、Cdフリー抵抗システム
  3.2 製品化例
   3.2.1  ABSモジュール
   3.2.2 TCUモジュール
   3.2.3 CVT(Continuously Variable Transmission)モジュール
4.おわりに

 

第10節 『低消費電力/低コスト化を実現するIMST実装パワーパッケージ技術』

はじめに
1.ハイブリットIC市場ニーズ
2.パワーパッケージの技術開発
3.IMST技術のハイブリットIC製品応用例

 

第11節 『パワーモジュール高放熱パッケージ技術』

1.はじめに
2.パワーエレクトロニクス技術と適用デバイスの動向
3.IGBTチップの技術動向
4.IGBTモジュールの技術動向と高放熱化
  4.1 IGBTモジュールの構造と技術動向
  4.2 絶縁基板による高放熱化
  4.3 鉛フリーはんだの特性改善と窒化珪素基板の適用による高放熱化
  4.4 コンパウンドの改善による高放熱化
  4.5 チップレイアウトによる高放熱化
5.さらなる高放熱化技術
まとめ

 

第12節 『パワーモジュールの放熱性向上技術』

1.パワーモジュールに必要な放熱性能の改善
2.システムとして必要な放熱性能
3.放熱の経路
4.放熱を阻害する要因と対策
5.空冷か,水冷か
6.放熱性能の向上
  6.1 はんだ層の薄層化
  6.2 絶縁基板の素材と薄板化
  6.3 放熱ベースの素材と薄板化
  6.4 横方向への熱伝導の利用
7.両面冷却モジュール
8.直接冷却モジュール
9.耐久性(長期信頼性)
10.高耐熱モジュール
11.まとめ

 

第13節 『両面冷却構造による放熱/冷却技術』

はじめに
1.パワーカード実装技術
  1.1 両面接合
   1.1.1 Pbフリーはんだ材料
   1.1.2 IGBT用AlSi電極
   1.1.3 姿勢制御はんだ接合
  1.2 はんだボイド低減
2. 両面放熱用冷却器
  2.1 ダイヤフラム
  2.2 パワーカード平面精度
おわりに

 

第14節 『高性能ヒートパイプを用いたパワー素子冷却技術』

1.ヒートパイプの概要
  1.1 ヒートパイプの構造と作動原理
  1.2 ヒートパイプの特徴
  1.3 ヒートパイプの材質・材料
  1.4 ヒートパイプの熱輸送特性
  1.5 ヒートパイプの信頼性・安全性
2.放熱設計でのヒートパイプの導入検討
3.ヒートパイプの活用方法
  3.1 コンピュータ・小型電子機器への活用事例
  3.2 サーバへの活用事例
  3.3 産業機器への活用事例
  3.4 鉄道車両への活用事例
  3.5 変電設備への活用事例
  3.6 熱交換器としての活用事例

 

第15節 『熱膨張率の低いAlワイヤボンディングの熱応力解析/接続性評価技術』

1.はじめに
2.パワーモジュールの構造と接合部寿命信頼性
3.信頼性評価のための基礎理論
4.加速耐久試験による寿命信頼性の実際
5.最後に

 

第16節 『パワーモジュールの熱設計手法』

1.パワーモジュールの電力損失算出法
2.熱抵抗とデバイス構造
3.今後の熱構造

 

第17節 『パワーデバイスにおける熱解析時の留意点』

はじめに
1.熱解析(シミュレーション)の効果、必要性
2.FEM解析をする前に
  2.1 熱の流れ方向:直角方向
  2.2 熱の流れ方向:平行方向
3.材料物性、境界条件、単位系
  3.1 材料物性
  3.2 境界条件
   3.2.1 発熱条件
   3.2.2 放熱条件
  3.3 単位系
4.品質工学あるいは直交表の活用
おわりに

 

第18節 『低損失化を防ぐためのインバータから発生するノイズ対策/設計技術』

1.はじめに
2.モーター・インバーター・システムのEMC理論
3.12Vインバータシステムの開発
  3.1 筐体内共振の抑制
  3.2 シールド線によるノイズ閉じ込め効果
  3.3 低圧インバータ固有の問題:パワーグランドとPCBグランドの分離
4.シミュレーションによるモデル化
  4.1 共振原因の解明
  4.2 輻射ノイズレベルの評価結果

 

第3章 カーエレクトロニクス市場とパワー半導体の将来展望

第1節 『カーエレクトロニクス市場とパワー半導体最新技術動向』

1.カーエレクトロニクスの歴史
  1.1 メカニカルの時代
  1.2 アナログ電子の時代
  1.3 マイコンの時代
2.カーエレクトロニクスの市場
3.カーエレクトロニクスの最新動向
  3.1 安全技術
   3.1.1 クルマでのアプローチ
   3.1.2 社会及び人でのアプローチ
  3.2 環境技術
   3.2.1 クルマでのアプローチ
   3.2.2 人でのアプローチ
   3.2.3 社会でのアプローチ
4.まとめ

 

第2節 『車載用パワー半導体の現状と開発動向』

はじめに
1. 車載用パワー半導体の概要
2. 車載システムとパワー半導体
  2.1 アプリケーションとパワー半導体
  2.2 ボディーアプリケーション
  2.3 パワートレインシステム
3. ハイブリッドシステム
4. CO2削減とパワー半導体
  4.1 CO2削減へ向けた各国の動き
  4.2 パワー半導体によるCO2排出量の削減
5. 機能安全とパワー半導体
おわりに

 

第3節 『ハイブリッド車におけるパワーエレクトロニクス技術』

1.ハイブリッド車とは
   1.1 概説
   1.2 各社のハイブリッドシステム
2.ハイブリッド車の燃費
   2.1 燃費向上の原理
   2.2 燃費向上の実際
   2.3 ハイブリッド車の排ガス
3.プラグインハイブリッド車
   3.1 プラグインハイブリッド車とは
   3.2 トヨタプラグインハイブリッドシステム概要
4.ハイブリッド構成部品の課題
   4.1 総説
   4.2 高電圧電池
   4.3 走行用モータ、同インバータ
   4.4 エンジン
   4.5 電動エアコン
5.まとめ

 

 

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