東芝が樹脂絶縁型のSiCパワー半導体モジュールを開発、電力密度を向上

パワー半導体モジュールの課題

東芝は6月4日、絶縁基板に「樹脂」を用いたSiCパワー半導体モジュールにおいて、単位面積あたりの電力処理能力を示す「電力密度」を向上可能な樹脂絶縁型「SiCパワー半導体モジュール(SiCパワーモジュール)」を開発したことを発表した。

SiCパワーモジュールは、高電圧・大電流の大容量の電力変換が可能なため、大電力が必要な鉄道や電気自動車、再生可能エネルギー、産業分野の電力変換機器などで活用が進んでいる。その一方で、半導体モジュールは周辺部品の電気的干渉を防ぐために絶縁基板が用いられるが、パワー半導体モジュールとして一般的に用いられているセラミック絶縁基板と比べて樹脂絶縁基板は、低コストかつ熱疲労に強く長寿命化が期待される一方、熱伝導率が低く、熱抵抗が高くなるという課題があったという。熱抵抗が高いと、熱が材料を通過しにくく熱が内部にこもりやすくなり、半導体モジュールの発熱を効果的に拡散することができず、電力損失が生じ、結果として電力密度を含むパワー半導体の性能が低下する要因となっていた。

また、発熱に対し、冷却を行うことで電力損失を低減することを目的として冷却装置を活用することが考えられるが、樹脂絶縁基板はセラミックと比べて放熱しにくいという特性があるため、高い性能を保持するために大きな冷却装置を搭載することとなるがシステム全体のサイズが大きくなるという課題もあったという。

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