パワーモジュールの高放熱化技術と
高熱伝導材料の開発動向

１．高熱伝導コンポジット材料の分散・充填技術と高熱伝導化

富山県立大学　真田 和昭 氏

【本講座で学べること】
・フィラーの分散・充填技術が学べる。
・フィラーの表面改質技術が学べる。
・フィラーのハイブリッド化技術が学べる。
・フィラー充填複合材料のコンピューターシミュレーション技術が学べる

【講座概要】
近年、サーマルマネージメント材料として熱伝導性フィラーを用いたポリマー系コンポジットが幅広く使用されている。ポリマー系コンポジットの熱伝導率を向上させる微視構造設計手法として、フィラーの最密充填技術、フィラーのハイブリッド化による伝熱ネットワーク構造形成技術が注目されており、現在、窒化物フィラーが有効な熱伝導性フィラーとして期待されている。本セミナーでは、窒化物フィラーを中心として、フィラーの分散、充填、表面改質、ハイブリッド技術について概説し、高い熱伝導率を有するポリマー系コンポジットの開発ノウハウを習得することを目指す。

１．フィラーの種類と熱伝導率
　1.1 フィラーの種類と熱伝導率
　1.2 フィラーの形状
　1.3 フィラーの粒度分布

２．フィラーの高充填技術
　2.1 フィラー粒度分布を考慮した粘度予測理論
　2.2 フィラー最密充填理論
　2.3 フィラー最密充填によるポリマー系コンポジットの高熱伝導率と低粘度の両立
　2.4 コンピューターシミュレーションを活用した新しいフィラー充填構造設計手法

３．フィラーのハイブリッド化技術
3.1 ナノフィラー活用によるネットワーク構造形成事例
3.2 ナノ・ミクロハイブリットフィラーを用いた熱伝導率向上事例

４．フィラーの表面改質技術
　4.1 フィラーの表面改質方法
　4.2 窒化物フィラーの表面改質事例

５．高熱伝導性ポリマー系コンポジット開発事例紹介
　5.1 窒化物フィラーを用いたポリマー系コンポジットの開発動向
　5.2 アルミナとカーボンナノチューブのハイブリッド化
　5.3 窒化ホウ素とアルミナナノワイヤーのハイブリッド化
　5.4 窒化ホウ素とアルミナ粒子のハイブリッド化　

【質疑応答】

２．高熱伝導絶縁材料を用いたパワーモジュールの開発動向

三菱電機(株)　山本 圭 氏

【本講座で学べること】
・パワーモジュールの基本構造と求められる特性
・有機絶縁材料（絶縁シートなど）の高熱伝導化技術
・無機絶縁材料（セラミックス基板）の開発動向
・新規モジュール構造や開発トレンド

【講座概要】
パワーエレクトロニクス機器の小型化・高出力密度化ニーズを背景に、高放熱パワーモジュールの開発が盛んである。新材料・新構造技術を適用したパワーモジュールの高放熱化が進化を遂げており、中でも放熱性と絶縁性の両者機能を担う絶縁材料がキーマテリアルとなっている。本報では、セラミックス・有機材料を複合化した高熱伝導絶縁材料の開発状況と、それを用いたモジュール高放熱化技術の開発トレンドを紹介する。

１．背景
　　パワーモジュール市場動向など

２．パワーモジュール開発状況と構成材料
　　パワーモジュールの基本構造や求められる特性など

３．有機絶縁型モジュールの進化
　　高熱伝導絶縁シート適用パワーモジュールなど

４．無機絶縁型（セラミックス基板）の開発状況
　　セラミックス基板の開発トレンドなど

５．絶縁層一体型新規モジュール構造
　　ヒートシンク一体型モジュールの紹介など

６．最新パワーモジュールの開発トレンド

７．おわりに

【質疑応答】

３．EVパワーモジュールの高出力密度化と実装材料の開発動向

Astemo(株)　石井 利昭 氏

【本講座で学べること】
・各地域のサーキュラエコノミー、カーボンニュートラル施策の最新動向
・自動車向け実装材料の基礎知識
・電気自動車の性能向上に貢献する最新パワーモジュール実装技術

１．サーキュラエコノミーと各国の脱炭素化政策
　1.1 サーキュラエコノミープラン
　1.2 各国の脱炭素政策の動向と電気自動車の位置づけ

２．電気自動車の市場・開発動向
　2.1 地域ごとのEV市場
　2.2 インバータおよびパワーモジュール市場
　2.3 EV用インバータの開発動向
　2.4 インバータの構造と出力密度比較
　2.5 パワーモジュールの構造および開発動向

３．パワーモジュールの高性能化
　3.1 実装技術と課題
　3.2 高出力密度化
　3.3 実装材料技術
　3.4 高耐熱化技術
　3.5 高耐圧化技術

【質疑応答】

４．パワーデバイス向け窒化ケイ素セラミックス基板の開発動向とその応用

(株)Niterra Materials　那波 隆之 氏

【本講座で学べること】
・パワーデバイスで適用される各種回路セラミックス回路基板の特徴
・窒化ケイ素基板開発の歴史と主要特性
・窒化ケイ素基板の応用事例
・xEV動向を踏まえた窒化ケイ素基板の将来展望

【講座概要】
世界的にカーボンニュートラルに向けた取り組みが加速しており，パワーエレクトロニクスによるエネルギー資源有効活用の重要性がますます高くなっている。パワーエレクトロニクスにおける中核部品であるパワー半導体製品には、小型化・高出力化(高パワー密度化)や高信頼性・軽量化が当然のように求められており，近年では高密度実装化が一段と進んできている。本講座では、パワー半導体製品には欠かせない絶縁放熱材料である各種セラミックス基板の特徴や、特に高信頼・高密度実装化要求の強いxEV(PCU)向けで規模拡大が続く窒化ケイ素(Si3N4)基板に関連する機械的特性や熱抵抗特性等の諸特性について試験方法を含めて解説し，それらを踏まえた応用事例について紹介する。

１．パワーデバイス向けセラミックス基板の概要
　1.1 セラミックス基板への要求特性
　1.2 分野別材質適用動向
　1.3 各種セラミックス回路基板の種類と特徴
　1.4 各種セラミックス回路基板の応用経緯
　1.5 熱伝導特性向上について

２．窒化ケイ素基板の主要特性
　2.1 放熱性
　2.2 電気的特性
　2.3 機械的強度特性
　2.4 熱膨張特性

３．窒化ケイ素基板の応用事例と将来展望
　3.1 パワーモジュール（デバイス）の基本断面構造
　3.2 PCUへの応用
　3.3 新構造への適用
　3.4 将来展望

４．まとめ

【質疑応答】