高熱伝導率セラミックスを用いた熱制御デバイスにおける熱評価

摘要

パワーモジュールの熱解析用の評価サンプルにて測定を行ったところ，各部の温度は加熱に用いた電力に射し，線形の関係になく，設計時に想定していない要因が熱放散に影響していることが推定された。 各種熱デバイスにおける最適な放熱特性を設計するためには，初期の設計において予想が困難である以下のような因子が重大な影響を及ぼすことが分かった。 IGBTにより加熱されたヒートシンクは反りを生じ，Cu-AlN基板とアルミ板の間の隙間が大きくなるため，熱拡散の熱抵抗が増加し，電力と各部温度の関係が非線形性を生じる原因として重要であることが分かった。 ·Cu-AlN基板とアルミ板の間の接着に用いているシリコーングリースには空気が多く含まれており，加熱により発生した反りや，シリコーングリースの粘度低下が，気孔の増大を引き起こし，非線形的な熱拡散の熱抵抗として重要な要因となることが分かった。これらの要因に対して，熱シミュレーション技術と評価技術を駆使した解析が非常に有用であることが分かった。 MPUにおいても，ヒートシンクと放熱フィン間の接着剤の熱抵抗が重要で，ヒートシンク（Al-SiC）の反りを考慮に入れてシミュレーション解析すると，ヒートシンクが厚いはど熱抵抗は小さくなった。1.5mm厚みのAl-SiCの熱抵抗は，1.0mm厚みのCuより小さく，軽量化の点でも有利であると考えられる。