パワー半導体モジュール向け低ヤング率耐熱無酸素銅を開発

古河電気工業(古河電工)は11月27日、パワー半導体モジュールの放熱板や端子などに活用可能な高い耐熱性と熱伝導性を特長とする低ヤング率耐熱無酸素銅「TOFC」を開発したことを発表した。

SiCやGaNと言った次世代パワー半導体を搭載したモジュールでは、高出力・高性能化に伴って発熱量が増大しており、無酸素銅がその高い熱伝導性から放熱基板や端子としてモジュールに活用されている。しかし、はんだ付けや樹脂との接合時には熱が加わることにより、無酸素銅の軟化や反りの発生が接合信頼性を低下させるほか、モジュール内の半導体チップ、セラミックス、樹脂それぞれと銅との熱膨張係数が異なることから、使用時の発熱によって生じる応力により部材間の接合界面での剥離や割れが発生し、機能停止に陥るといった課題があった。

再生可能エネルギーやxEVでの活用にも期待

TOFCは、高い熱伝導性を維持したまま、高温下でも軟化しない耐熱性を実現した無酸素銅で、はんだ付けや樹脂接合が行われる300℃以上でも無酸素銅の硬さが維持され、反りや変形の抑制が期待されるという。また、600℃以下の領域において一般的な無酸素銅より低いヤング率を保つことにも成功したとのことで、熱膨張率が異なる部材間の接合界面で生じる剥離などが抑制され、接続信頼性を向上させることも期待できるようになるという。

  • 熱処理による硬さの変化

    熱処理による硬さの変化 (出所:古河電工)

  • 熱処理によるヤング率の変化

    熱処理によるヤング率の変化 (出所:古河電工)

  • 構造の異なるパワーモジュールでのTOFC適用箇所の例

    構造の異なるパワーモジュールでのTOFC適用箇所の例 (出所:古河電工)

さらに、放熱板や端子のほか、耐熱性が要求される大電流用バスバーなどへ適用することで、一般無酸素銅やタフピッチ銅と比較して高温使用時の強度低下を抑制でき、再生可能エネルギーのインバータ用途やxEVのパワーコントロールユニットなどへの展開も期待できるようになるともしている。

なお、同製品について同社は2025年度中の量産・販売を開始する予定だとしているほか、今後も幅広い用途へ高機能無酸素銅条を提供していくことでパワー半導体モジュールの高性能化につなげていくとしている。