パワエレの革新を担う次世代SiCパワーモジュールの熱設計評価技術

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本研究は, パワエレの革新を担う次世代SiCパワーモジュールの熱設計評価技術の開発を目的としている。ハードウェアへのアプローチとして, 発熱源であるパワーデバイスをモデル化するため, 数マイクロ秒以内の現象を評価できる新しい測定装置を開発する。またソフトウェアのアプローチとして, 測定結果から放熱特性を高精度にモデル化する信号処理技術を提案する。当該年度は過渡熱抵抗測定で用いる測定システムのうち, 被測定対象を自己発熱させるために印加する加熱用大電流を高速遮断可能な電流遮断回路の性能向上に取り組んだ。使用するPCB基板の構成を含めた回路パターン設計や, 回路に使用するパワー半導体デバイスを駆動するためのゲート駆動回路の実装方法を検討し, 回路基板の寄生インダクタンスを最小化した。加えて, 回路に適用するパワー半導体デバイスを選定し, 高速スイッチング性能を活かした大電流の高速遮断を実現した。開発した電流遮断回路はユニット構成としているため, 並列数を増やすことによる大電流化を可能とし, 大電流用途のパワーモジュールの過渡熱抵抗測定へ適用可能である。また開発する測定システムの適用先として, 種々の絶縁放熱セラミック板や界面熱伝導材料を適用した場合の, SiCパワーモジュールの放熱性能を過渡熱抵抗に基づき評価した。過渡熱抵抗により分離したセラミック板の熱抵抗について, 材料の熱伝導率や幾何的な厚みに対して, 物理式から予想される熱抵抗に一致することを明らかにした。また界面熱伝導材料では, 使用する材料の熱伝導率や粘度が放熱性能に与える影響を明らかにした。