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放熱・高耐熱材料の特性向上と熱対策技術

放熱・高耐熱材料の特性向上と熱対策技術

~フィラー、封止材料、基板、シート、接着・接合材料~

目次

第1章 高分子の高熱伝導化のメカニズム

  • 1.熱伝導の基礎
    • 1.1 熱伝導率と熱拡散係数
    • 1.2 熱伝導率と物質定数との関係 (Debyeの式)
    • 1.3 電子による熱伝導とフォノンによる熱伝導
      • 1.3.1 電子による熱伝導
      • 1.3.2 ヴィーデマンーフランツの法則
      • 1.3.3 様々な物質の熱伝導率
    • 1.4 熱伝導率を決める因子、定圧体積熱容量、フォノンの速度、平均自由行程
    • 1.5 平均自由行程を決める因子、静的散乱と動的散乱
      • 1.5.1 静的散乱
      • 1.5.2 動的散乱、Umklap過程
      • 1.5.3 振動の非調和性とフォノン―フォノン散乱
    • 1.6 Boltzmannの輸送方程式による熱伝導率の定量的解析
  • 2.高分子の熱伝導
    • 2.1 高分子の熱伝導の特徴
    • 2.2 高分子の高次構造と熱伝導率
      • 2.2.1 結晶性と熱電導率
      • 2.2.2 分子配向と熱伝導率
  • 3.高熱伝導高分子
    • 3.1 高分子の高熱伝導化のメカニズム
      • 3.1.1 絶縁性と高熱伝導の両立
      • 3.1.2 高分子の熱伝導の理論限界―ポリエチレン結晶の熱伝導率の理論解析―

第2章 高熱伝導フィラーの特性と分散、配向制御技術

第1節 フィラーの種類、特性と高熱伝導化への応用
  • 1.各種材料の熱伝導率
    • 1.1 アルミナ (Al2O3)
    • 1.2 窒化ホウ素 (BN)
    • 1.3 窒化ケイ素 (Si3N4)
    • 1.4 窒化アルミニウム (AlN)
    • 1.5 結晶質シリカ (SiO2)
    • 1.6 溶融 (非晶質) シリカ (SiO2)
  • 2.フィラーの充填率と熱伝導率の関係
  • 3.フィラーの高充填技術
    • 3.1 粒度分布の適正化
    • 3.2 超微粉の適正化
    • 3.3 粒子形状の適正化
  • 4.アルミナ (Al2O3) フィラー
  • 5.窒化ホウ素 (BN) フィラー
  • 6.窒化アルミニウム (AlN) フィラー
  • 7.窒化ケイ素 (Si3N4) フィラー
  • 8.複合フィラー
第2節 高熱伝導性窒化アルミニウムフィラーの特性と複合化技術
  • 1.窒化アルミニウム (AlN) の性質
  • 2.AlN粉末の製法と特徴
  • 3.表面処理AlN粉末の特徴
  • 4.AlNフィラー充填樹脂材の熱伝導率
第3節 ピッチ系炭素繊維の特性と高熱伝導フィラーとしての活用法
  • 1.ピッチ系炭素繊維の特性
    • 1.1 ピッチ系炭素繊維の歴史
    • 1.2 ピッチ系炭素繊維の分類
    • 1.3 ピッチ系炭素繊維の製造方法
    • 1.4 ピッチ系炭素繊維の特性
      • 1.4.1 高弾性率
      • 1.4.2 高熱伝導率 (熱伝導率 200 W/mK以上)
      • 1.4.3 寸法安定性
  • 2.高熱伝導フィラーとしての活用法
    • 2.1 ピッチ系炭素繊維の熱伝導特性
    • 2.2 フィラーとしての活用法
第4節 フィラーの表面処理とフィラー/ポリマーの界面制御技術
  • 1.フィラーの種類と分類
  • 2.フィラーの表面
    • 2.1 フィラー表面の構造
    • 2.2 熱伝導性フィラーの表面
  • 3.フィラーの表面処理
    • 3.1 シランカップリング剤
    • 3.2 チタネートカップリング剤
    • 3.3 脂肪酸、 界面活性剤などのイオン結合性有機化合物
    • 3.4 熱伝導性フィラーの表面処理
  • 4.シランカップリング剤が形成する界面構造
  • 5.界面構造形成とその評価法
第5節 窒化物フィラーの表面処理とハイブリッド化
  • 1.窒化物フィラーの種類
  • 2.窒化物フィラーの表面処理事例
  • 3.フィラーのハイブリッド化による伝熱ネットワーク形成技術に関する研究事例
第6節 磁場によるフィラーの配向制御技術
  • 1.フィラーの配向制御
  • 2.磁場配向の原理
  • 3.磁場配向の適用範囲
  • 4.動的磁場による配向制御
  • 5.磁場によるフィラーの配向制御例
第7節 複合放熱部材へのパーコレーション理論の適用と高熱伝導材料設計への活用法
  • 1.パワーモジュールに用いられる放熱部材
    • 1.1 パワーデバイスの構造と放熱部材
    • 1.2 放熱部材の特徴比較
    • 1.3 Tjを決める要因
  • 2.複合放熱部材
    • 2.1 複合放熱部材の構成
    • 2.2 フィラー充填率と絶縁層熱伝導率の関係
  • 3.パーコレーションによる評価
    • 3.1 パーコレーションとは
    • 3.2 Percolation thresholdの決定
    • 3.3 フィラー有効熱伝導率の推定
  • 4.高熱伝導化の実現

第3章 放熱材料の複合化技術と高熱伝導化

第1節 窒化ホウ素フィラー添加によるエポキシ樹脂の熱伝導性の改善
  • 1.高熱伝導セラミックス
  • 2.六方晶窒化ホウ素の熱伝導度
  • 3.h-BNフィラー
    • 3.1 凝集BNフィラー
    • 3.2 形状異方性の少ないBNフィラー
第2節 エポキシ樹脂/窒化ホウ素フィラーの複合化による高熱伝導化とパワーモジュールへの応用
  • 1.パワーモジュールの構造と放熱材料のニーズ
    • 1.1 パワーモジュールの構造
    • 1.2 放熱材料のニーズ
  • 2.エポキシ樹脂/窒化ホウ素フィラーの複合化による高熱伝導化
    • 2.1 セラミックフィラーの熱伝導性
    • 2.2 セラミックフィラーの高充填化
    • 2.3 等方性の熱伝導率を持ったセラミックフィラーの充填量と熱伝導率
    • 2.4 BNフィラーの充填量と熱伝導率
    • 2.5 BNフィラーの配向制御による高熱伝導化
  • 3.パワーモジュールへの応用
    • 3.1 トランスファモールド型パワーモジュール
第3節 窒化ホウ素/セルロースコアシェル粒子の作製と放熱材料の開発
  • 1.セルロース球状粒子
  • 2.セルロース/無機材料コアシェル粒子
  • 3.セルロース/窒化ホウ素コアシェル粒子
  • 4.セルロース/窒化ホウ素コアシェル粒子を配合した樹脂基板
第4節 フィラー磁場配向成形による複合放熱部材の開発とその放熱性能
  • 1.磁場中での磁性粒子の挙動
  • 2.磁場配向成形プロセス
    • 2.1 ポリウレタンフォーム中での磁場配向成形
    • 2.2 磁性放熱性複合フィラーの作製
  • 3.熱伝導率の向上
    • 3.1 フィラーの分散状態と熱伝導率
    • 3.2 磁場配向成形による熱伝導率の向上
  • 4.放熱性ウレタンの特性
    • 4.1 吸音遮音性能
    • 4.2 モータカバーでの放熱性能と防音性能
  • 5.放熱性シリコーンの特性
    • 5.1 シリコーンゴム中での磁場配向成形
    • 5.2 材料物性
  • 6.X線CT観察によるフィラー配向度の数値化
  • 7.放熱性能比較
  • 8.複合成形形状品のメリット
第5節 静電吸着法による放熱絶縁コンポジット材料の作製技術
  • 1.静電吸着法によるコンポジット材料の作製
  • 2.各種条件がPMMA/BNコンポジット絶縁材料の電気的・熱的特性に与える影響
    • 2.1 BNの配向方向の影響
    • 2.2 PMMA粒径の影響
    • 2.3 機械的圧力とPMMA被覆率の影響
    • 2.4 BNフィラーの粒径の影響
    • 2.5 試料成形温度の影響
第6節 高周波デバイス用コンポジット誘電体材料の開発と熱伝導特性の向上技術
  • 1.ポリマー/セラミックスコンポジット誘電体の材料設計
    • 1.1 高周波誘電体デバイス用途に求められる誘電特性
    • 1.2 コンポジット誘電体材料
  • 2.MgO (酸化マグネシウム) をフィラーとして用いたコンポジット誘電体
    • 2.1 MgO粒径の誘電特性への影響1)
    • 2.2 MgO濃度の誘電特性への影響
    • 2.3 MgO濃度の熱伝導特性への影響
  • 3.異方形状を有するフィラーの活用による熱特性の向上
    • 3.1 柱状MgOをフィラーとしたコンポジット誘電体
    • 3.2 hBN (六方晶窒化ホウ素) をフィラーとしたコンポジット誘電体
第7節 シリコーン放熱材料の特徴
  • 1.放熱材料の役割
  • 2.放熱材料の種類、用途、特徴
  • 3.放熱材料の伝熱特性
  • 4.放熱材料の高性能化
  • 5.シリコーン放熱材料各論
    • 5.1 放熱グリース (放熱オイルコンパウンド)
    • 5.2 液状硬化型放熱材料
      • 5.2.1 放熱ゲル
      • 5.2.2 放熱接着剤
    • 5.3 高硬度熱伝導性ゴムシート
    • 5.4 低硬度放熱パッド
    • 5.5 フェーズチェンジシート
    • 5.6 熱伝導性両面粘着テープ
第8節 CNTの分散制御による絶縁樹脂の高熱伝導化技術
  • 1.樹脂の高熱伝導化技術
  • 1. 従来手法-無機系熱伝導性フィラーの配合-
    • 1.2 新規手法―樹脂の高次構造制御―
      • 1.2.1 樹脂マトリックスの分子構造制御
      • 1.2.2 ポリマーブレンドおよびCNT複合化におけるCNTの分散構造制御
      • 1.2.2.1 CNTの複合効果
      • 1.2.2.2 CNTの分散構造制御
    • 1.3 CNT/PPS系複合体の熱伝導性と絶縁性
  • 2.技術の応用
    • 2.1 熱伝導性フィラー配合とCNT分散構造制御の組合せ
    • 2.2 ポリアミド系への応用
第9節 長尺カーボンナノチューブの分散技術とフッ素樹脂の熱伝導性
  • 1.本開発の背景
    • 1.1 開発背景
    • 1.2 経緯
  • 2.長尺CNTの特徴、仕様、製造方法
    • 2.1 特徴
    • 2.2 長尺CNTの仕様
  • 3.長尺CNT分散液の加工について (分散剤と分散液調整)
    • 3.1 長尺CNTの分散液の加工について
    • 3.2 分散剤の選定
    • 3.3 分散法および分散機
    • 3.4 湿式微粒化法による分散液加工
  • 4.高機能フッ素樹脂
    • 4.1 フッ素樹脂 (PTFE) の成形法
    • 4.2 フッ素樹脂とCNTの複合化
    • 4.3 フッ素樹脂とCNTの複合化のプロセス
    • 4.4 成形体の導電性評価
    • 4.5 成形体の熱伝導率の評価法
    • 4.6 成形体の熱伝導率の評価
    • 4.7 スカイブドフィルムの導電性・熱伝導
    • 4.8 機械特性 (成形体)
    • 4.9 カーボンの脱落試験 (成形体)
    • 4.10 金属溶出試験 (成形体)
  • 5.安全面での対策
    • 5.1 樹脂加工の作業環境測定
    • 5.2 日常監視の必要性
    • 5.3 日常監視の実際
  • 6.今後の展開について
第10節 長尺単層CNTを用いたゴム・樹脂複合材料の開発と熱伝導、耐熱性の向上
  • 1.長尺単層CNTを用いたゴム樹脂複合材料作製
    • 1.1 長尺の単層CNTとその複合材料
    • 1.2 単層CNTの分散
    • 1.3 単層CNTの複合化
  • 2.熱伝導率の向上
    • 2.1 CNTの熱伝導率
    • 2.2 CNT炭素繊維ハイブリッド
    • 2.3 CNTを用いた熱伝導材料の今後
  • 3.耐熱性の向上
    • 3.1 CNTのラジカル捕捉
    • 3.2 耐熱性向上のためのCNT
第11節 グラフェンの量産化技術と高熱・電気伝導材料への応用
  • 1.グラフェンの概要
  • 2.グラフェンの製造
  • 3. 多層グラフェン材料の性質とその応用
    • 3.1 グラフェンの大きさ
    • 3.2 熱伝導率
    • 3.3 電気伝導率
    • 3.4 表面処理
    • 3.5 格子欠陥
  • 4.各社グラフェン製品
第12節 グラフェン類と高分子の複合体の調製法と熱伝導性材料への応用
  • 1.酸化グラフェンおよび還元型酸化グラフェンの熱伝導特性
  • 2.酸化グラフェン-ポリマー複合体
  • 3.薄片化黒鉛-ポリマー複合体
  • 4.その他の複合体
第13節 気相成長炭素繊維の添加によるポリプロピレンの高熱伝導化技術
  • 1.マトリックスの粘度が複合体の熱伝導率に及ぼす影響
  • 2.溶融混練でのスクリュ回転数が複合体の熱伝導率に及ぼす影響
  • 3.複合体の熱伝導率に対するナノフィラーの少量添加効果
  • 4.溶融混練による高分子/熱伝導性フィラー複合体の成形加工性
第14節 高熱伝導性有機材料を用いた放熱材料の開発と電子部品・パワー素子への応用
  • 1.高熱伝導有機繊維
    • 1.1 スーパー繊維
    • 1.2 高熱伝導有機繊維
      • 1.2.1 超高分子量ポリエチレン繊維
      • 1.2.2 PBO繊維
  • 2.高熱伝導有機繊維を用いた放熱材料
    • 2.1 放熱シート
    • 2.2 基板
    • 2.3 熱伝導特性
      • 2.3.1 測定方法
      • 2.3.2 熱伝導率
    • 2.4 電気的特性
      • 2.4.1 絶縁抵抗
      • 2.4.2 絶縁破壊電圧
      • 2.4.3 誘電率
  • 3.放熱特性の向上
    • 3.1 起毛処理
    • 3.2 熱伝導率
    • 3.3 配向
  • 4.IGBTスタックへの適用検討例
    • 4.1 放熱シート
    • 4.2 試験方法
    • 4.3 温度特性
  • 5.プリント基板への適用検討例
    • 5.1 基板
    • 5.2 試験方法
    • 5.3 測定結果
  • 6.課題
第15節 熱伝導性無機粒子とセルロースナノファイバーの複合化による放熱材料の開発
  • 1.CNFの製造及びその特性について
  • 2.表面エステル化修飾CNFの一段階調製法について
  • 3.アセチル化修飾CNFをマトリックスとした複合化放熱材
    • 3.1 複合化放熱材のマトリックスとするCNFのメリット
    • 3.2 Acetyl-CNFをマトリックスとした複合化放熱材の作製と評価
第16節 ナノセルロースによる熱伝導性「紙」材料の開発
  • 1.ナノセルロースと応用利用に関する背景
  • 2.電子機器の放熱対策と将来的な要求性能
  • 3.ポリマー系フィルムの熱伝導特性とNCの構造的利点
  • 4.ナノセルロースによるシート材料
  • 5.シート内の繊維構造
  • 6.ナノセルロース不織シートの熱伝導特性
  • 7.透明・伝熱フィルム材料の開発
    • 7.1 NC/樹脂複合フィルムの表面樹脂層と除去法
    • 7.2 透明熱伝導フィルムの構造と物性
第17節 かご型シルセスキオキサン (POSS) フィラーによる有機材料の耐熱性向上技術
  • 1.樹脂の熱機械物性向上のためのPOSSフィラー
  • 2.低屈折率化のための分子フィラー開発
  • 3.POSS含有高分子による屈折率制御

第4章 高分子材料の構造制御による高熱伝導、高耐熱化技術

第1節 エポキシ樹脂の高耐熱化の考え方と設計手法
  • 1.エポキシ樹脂の耐熱性向上
    • 1.1 ガラス転移点の向上
    • 1.2 耐熱分解性の向上
    • 1.3 熱伝導性の向上
  • 2.フェノキシ樹脂の耐熱性向上
第2節 マレイミドの反応性を利用した高耐熱性樹脂の材料設計
  • 1.エポキシ変性ビスマレイミド樹脂
  • 2.チオール変性ビスマレイミド樹脂
  • 3.封止材料への応用
第3節 主鎖型液晶ポリエステルによるマトリックス樹脂の高熱伝導性化
  • 1.樹脂材料の高熱伝導化へのアプローチ
  • 2.HPシリーズ
  • 3.ベース樹脂の高熱伝導化の研究背景
    • 3.1 Bruggemanの理論
    • 3.2 樹脂の熱伝導率
    • 3.3 樹脂自体の高熱伝導化の研究例
  • 4.ベース樹脂の高熱伝導化とその熱伝導率発現機構
    • 4.1 開発した液晶ポリエステルの特徴
    • 4.2 樹脂/MgO複合材料の熱伝導率
    • 4.3 樹脂/MgO複合材料の高熱伝導率発現機構
  • 5.想定される応用展開
第4節 液晶ポリマーの高熱伝導化技術
  • 1.高分子材料の熱伝導性
  • 2.LCPの高次構造と熱伝導率
  • 3.化学構造と熱拡散率
第5節 ベンゾオキサジン系耐熱性樹脂の合成、構造制御と複合、アロイ化技術
  • 1.ベンゾオキサジンの合成反応
  • 2.ベンゾオキサジン樹脂の熱硬化性
  • 3.ベンゾオキサジン樹脂の熱的特性
  • 4.ベンゾオキサジン系樹脂の分子設計による高性能化
  • 5.ベンゾオキサジン系ポリマーアロイ
    • 5.1 ベンゾオキサジン/ビスマレイミド系複合材料
    • 5.2 ベンゾオキサジン/ポリウレタン系複合材料
    • 5.3 ベンゾオキサジン/エポキシ樹脂系複合材料
    • 5.4 ベンゾオキサジン/ポリイミド系複合材料

第5章 パワー半導体用封止材料の高熱伝導、高耐熱化技術

第1節 封止樹脂の高熱伝導化のためのフィラー充填設計とその流動性、成形性
  • 1.熱伝導率向上のためのフィラー充填設計
    • 1.1 熱伝導特性要因
    • 1.2 熱伝導率予測式 (熱伝導複合則)
      • 1.2.1 Bruggemanの式
      • 1.2.2 金成の式
      • 1.2.3 Lewis and Nielsenの式
    • 1.3 予測式の検証と予測式による設計指針
      • 1.3.1 予測式の検証
      • 1.3.2 予測式による設計指針
  • 2.流動性向上のためのフィラー充填設計
    • 2.1 フィラー充填量と粘度
    • 2.2 充填状態と流動性
    • 2.3 最密充填法
      • 2.3.1 大径・小径2成分フィラーの混合
      • 2.3.2 多成分 (径) フィラーの混合
      • 2.3.2.1 Horsfield理論
      • 2.3.2.2 Fuller & Thomson及びFunk & Dinger理論
      • 2.3.2.3 大内山理論
第2節 パワーデバイス向け樹脂封止材料の高耐熱、高放熱化と高絶縁設計技術
  • 1.パワーモジュール用封止材に対する要求
  • 2.パワーデバイス用封止樹脂に求められる特性
  • 3.半導体封止樹脂の 高耐熱について
    • 3.1 マレイミド樹脂の導入
    • 3.2 トレードオフとなる成形性との両立 フェノール樹脂・エポキシ樹脂との複合化
    • 3.3 製品への適用
  • 4.半導体封止樹脂の 高放熱について
    • 4.1 樹脂の高熱伝導化と熱抵抗
    • 4.2 高熱伝導性封止樹脂の設計
    • 4.3 フィラーの高充填化
    • 4.4 高熱伝導性封止樹脂における技術的課題
    • 4.5 製品への適用
第3節 パワーデバイス向け封止材料の高耐熱、高耐圧化技術
  • 1.半導体封止用エポキシ樹脂材料の概要
    • 1.1 半導体封止用エポキシ樹脂材料の封止方法
    • 1.2 半導体封止用エポキシ樹脂の種類
  • 2.半導体封止用エポキシ樹脂成形材料の難燃性
    • 2.1 従来の半導体封止用エポキシ樹脂の難燃化技術
    • 2.2 環境対応した難燃化技術
  • 3. 半導体封止用エポキシ樹脂成形材料の高耐熱化
    • 3.1半導体封止用エポキシ樹脂の高耐熱化への流れ
    • 3.2半導体封止用エポキシ樹脂の高耐熱化へのアプローチ
    • 3.3半導体封止用エポキシ樹脂の更なる高耐熱・高耐圧化に向けて

第6章 高耐熱、高熱伝導接着剤、接合材料の開発と低温接合技術

第1節 導電性接着剤の熱輸送特性と熱伝導メカニズム
  • 1.導電材料の熱伝導メカニズムに関する一般的な考察
  • 2.粒子分散型複合材料の熱伝導解析モデル
  • 3.導電性接着剤における電気伝導特性と熱伝導特性の関係
    • 3.1 金属フィラーを用いた導電性接着剤
    • 3.2 炭素系フィラーを用いた導電性接着剤
  • 4.金属フィラーを用いた導電性接着剤の熱伝導解析モデルの実験的検証
    • 4.1 高電気抵抗率領域の導電性接着剤
    • 4.2 中電気抵抗率領域の導電性接着剤
    • 4.3 低電気抵抗率領域の導電性接着剤
  • 5.導電性接着剤/電極間の接着界面における界面熱抵抗
第2節 パワーデバイス向け高温対応Agナノ粒子焼結接合技術と高信頼性化
  • 1.高温対応ダイボンド材料の必要性
  • 2.高温対応ダイボンド材料のベンチマーク
  • 3.Agナノ粒子およびAgナノ粒子ペースト
    • 3.1 粒子微細化による焼成温度低下のメカニズム
    • 3.2 粒子微細化によるデメリット
    • 3.3 Agナノ粒子ペースト
      • 3.3.1 Agナノ粒子
      • 3.3.2 有機保護膜
      • 3.3.3 分散媒
  • 4.Agナノ粒子の焼結接合
    • 4.1 焼結現象の基礎
    • 4.2 焼結法の基礎
      • 4.2.1 Agナノ粒子の加圧焼結法
      • 4.2.2 Agナノ粒子の無加圧焼結法
  • 5.Agナノ粒子焼結接合の高温脆化現象と高信頼化
    • 5.1 Agナノ粒子焼結接合の高温脆化現象
    • 5.2 Agナノ粒子焼結接合の高信頼化
第3節 SiCパワーデバイス向け高耐熱ダイボンド用ナノ銀ペーストの特性と信頼性
  • 1.ナノ銀焼成層の一般特性
  • 2.次世代パワーモジュール設計のための接合信頼性評価
第4節 Ag粒子ペーストを用いた低温、低荷重接合技術
  • 1.銀粒子ペーストの歴史
  • 2.ハイブリッド銀粒子ペースト
    • 2.1 マイクロ銀粒子と銀化合物おけるハイブリッド銀粒子ペースト
    • 2.2 銀化合物おけるハイブリッド銀粒子ペースト
    • 2.3 異なる銀粒子におけるハイブリッド銀粒子ペースト
      • 2.3.1 銀フレークのペースト
      • 2.3.2 銀フレークと銀粒子のペースト
      • 2.3.3 銀粒子のペースト
第5節 銀ナノ粒子および酸化銀ペーストを用いた低温焼結接合技術
  • 1.ナノ粒子ペーストを用いた接合技術
    • 1.1 ナノ粒子を用いた接合プロセス
    • 1.2 有機-銀複合ナノ粒子による金属の接合
    • 1.3 ナノ粒子を用いた接合における課題
  • 2.酸化銀ペーストを用いた接合技術
    • 2.1 酸化銀ペーストを用いた接合プロセス
    • 2.2 酸化銀ペーストを用いた金めっき銅試験片の接合
    • 2.3 酸化銀ペーストを用いた銅、アルミニウムの直接接合
    • 2.4 酸化銀ペーストを用いたアルミナの接合
第6節 有機被覆金属ナノ粒子の特性と接合技術
  • 1.有機被覆金属ナノ粒子
    • 1.1 銀ナノ粒子の熱特性
    • 1.2 銅ナノ粒子の熱特性
    • 1.3 銅ナノ粒子の酸化特性
    • 1.4 イオンマイグレーション耐性
  • 2.有機被覆金属ナノ粒子を用いた接合技術
    • 2.1 銀ナノ粒子を用いた接合技術
    • 2.2 銅ナノ粒子を用いた接合技術
    • 2.3 接合メカニズム
  • 3.銀‐銅混合ナノ粒子を用いた接合技術
    • 3.1 銀‐銅混合ナノ粒子の接合特性
    • 3.2 接合メカニズム
  • 4.有機被覆金属ナノ粒子を用いた無加圧接合技術
    • 4.1 銀ナノ粒子を用いた大気中での無加圧接合
    • 4.2 銀ナノ粒子を用いた窒素雰囲気中での無加圧接合
第7節 Cuナノ粒子接合技術とパワーサイクル信頼性評価
  • 1.試料の作製
  • 2.熱特性
    • 2.1 熱特性評価
    • 2.2 熱特性予測
  • 3.信頼性
    • 3.1 パワーサイクル信頼性
    • 3.2 冷熱サイクル信頼性
第8節 導電性接着剤の熱伝導率測定法
  • 1.測定装置および測定方法
    • 1.1 測定装置と特徴
    • 1.2 測定方法
  • 2.測定精度の検討
    • 2.1 装置から外気への熱損の影響
    • 2.2 試験材料の熱伝導率と厚さの影響
    • 2.3 試験材料厚さに対する熱伝導率の測定可能な範囲
  • 3.標準試験片を用いた測定精度の検証
    • 3.1 標準試験片の作製
    • 3.2 測定精度の検証
  • 4.導電性接着剤の測定
    • 4.1 導電性接着材試験片の作製
    • 4.2 有効熱伝導率の温度変化
    • 4.3 素材の熱伝導率と界面熱抵抗

第7章 高放熱・高耐熱基板・シートの設計と低熱膨張化、絶縁信頼性向上

第1節 放熱基板 (金属、セラミックス) の高放熱化技術
  • 1.金属ベース基板
    • 1.1 金属ベース基板の概要
    • 1.2 金属ベース基板の絶縁層におけるフィラーの熱伝導率の影響
    • 1.3 窒化アルミニウムフィラー
    • 1.4 窒化ホウ素フィラー
    • 1.5 金属ベース基板の高放熱化技術
  • 2.セラミックス基板
    • 2.1 パワーモジュールにおけるセラミックス基板
    • 2.2 絶縁層 (セラミックス) の高放熱化技術
    • 2.3 セラミックス基板の高信頼性化
    • 2.4 セラミックス基板の高放熱化
    • 2.5 セラミックス基板の高耐電圧化
第2節 パワーデバイス向け高強度、高熱伝導窒化ケイ素基板の開発
  • 1.高熱伝導率・高強度窒化ケイ素基板
    • 1.1 高熱伝導化の設計
    • 1.2 製造プロセスにおける酸素等の不純物の制御
  • 2.反応焼結窒化ケイ素基板
    • 2.1 反応焼結窒化ケイ素基板の製造プロセス
    • 2.2 不純物としてのFeの影響
    • 2.3 酸素量の制御
    • 2.4 グリーンシート成形プロセス
    • 2.5 反応焼結窒化ケイ素基板
第3節 パワーエレクトロニクス用金属セラミックス基板の開発
  • 1.金属セラミック基板開発の背景
    • 1.1 金属セラミック基板における熱応力の課題
    • 1.2 金属セラミック基板の開発目標
  • 2.金属セラミック基板の開発
    • 2.1 金属セラミック基板の初期の構想と最終形態
    • 2.2 金属セラミック基板の材料、プロセス
      • 2.2.1 銅粉とプロセス条件の選定
      • 2.2.2 ベヒクルの選定と特性
      • 2.2.3 セラミックフィラーの選定
      • 2.2.4 窒化ケイ素基板への無電解銅めっきと、不要な銅めっきのエッチング
    • 2.3 初期接合の可否と電気抵抗率
  • 3.金属セラミック基板の特性
    • 3.1 耐ヒートサイクル試験
    • 3.2 物理的特性値の測定
      • 3.2.1 測定の目的と測定片の作成方法
      • 3.2.2 測定結果
第4節 パワーモジュール用絶縁回路基板へのAg焼成膜形成とダイボンディング技術
  • 1.Si3N4ベースDBC基板の冷熱サイクル耐性
  • 2.Al回路上への新規表面処理のコンセプト
  • 3.ガラス物性と密着強度の相関
    • 3.1 実験方法
    • 3.2 実験結果
  • 4.ガラスフリット含有量の最適化
    • 4.1 実験方法
    • 4.2 実験結果
  • 5.ダイボンディング試験
    • 5.1 実験方法
    • 5.2 実験結果
  • 6.冷熱サイクル信頼性
    • 6.1 実験方法
    • 6.2 実験結果
第5節 車載用プリント配線板の高放熱・大電流対応技術
  • 1.車載用プリント配線板の変遷
    • 1.1 増加・高度化が進む車載プリント配線板
    • 1.2 自動車における機電一体化要求に対応するプリント配線板
      • 1.2.1 過酷環境下での実装耐久性向上
      • 1.2.2 過酷環境下での耐久性向上技術
    • 1.3 ADAS・自動運転化における高密度化要求に対応するプリント配線板
      • 1.3.1 ADAS用カメラモジュール
      • 1.3.2 ミリ波レーダー
  • 2.高放熱・大電流対応プリント配線板
    • 2.1 メタルベース基板の種類と特徴
    • 2.2 メタルコア基板の種類と特徴
    • 2.3 メタルコア基板の性能向上
    • 2.4 外層厚銅基板の特徴
    • 2.5 銅インレイ基板の特徴
  • 3.新たな大電流・高放熱対応構造開発への期待
    • 3.1 次世代超高放熱基板構造の考察
    • 3.2 次世代超高放熱基板構造と製造工法の検討
  • 4.新たな高放熱材料開発への期待
    • 4.1 炭素基金属複合材の検討
    • 4.2 炭素基金属複合材の概略
    • 4.3 炭素基金属複合材の用途と試作事例
  • 5.部品内蔵基板技術の車載電子機器への応用に対する期待
    • 5.1 車載用部品内蔵基板
第6節 車載用プリント配線板の放熱特性向上技術
  • 1.自動車に求められるプリント配線板技術
    • 1.1 高密度配線技術
    • 1.2 高周波・高速基板技術
    • 1.3 高放熱・大電流・高電圧基板技術
  • 2.放熱特性向上技術の概要
    • 2.1 発熱素子実装構造
    • 2.2 放熱特性向上技術
  • 3.大電流・放熱基板
    • 3.1 厚銅基板および銅コア基板
    • 3.2 複合厚銅基板
  • 4.車載ECU (Electronic Control Unit) 基板
    • 4.1 ユニット構成
    • 4.2 銅インレイ基板
  • 5.車載LEDヘッドランプおよびパワー半導体モジュール基板
    • 5.1 車載LEDヘッドランプ構成
    • 5.2 メタルベース基板
    • 5.3 パワー半導体モジュール基板
  • 6.部品内蔵配線板
    • 6.1 部品内蔵配線板の概要
    • 6.2 放熱特性向上技術への応用
  • 7.放熱特性評価結果
    • 7.1 放熱特性評価概要
    • 7.2 評価基板構造
    • 7.3 評価基板詳細
    • 7.4 断面解析結果
    • 7.5 45A印加時の測定結果 (銅インレイ基板)
    • 7.6 45A印加時の測定結果 (絶縁樹脂スルーホール基板)
    • 7.7 45A印加時の測定結果 (導電性樹脂スルーホール基板)
    • 7.8 測定結果および伝熱解析結果のまとめ
第7節 パワーデバイス向け高熱伝導シートの開発と熱伝導特性
  • 1.自己接着型高熱伝導絶縁樹脂シート及び厚銅回路樹脂基板の開発
    • 1.1 エポキシ樹脂の選定
      • 1.1.1 硬化剤の選定
      • 1.1.2 フィラー選定
  • 2.物性評価
    • 2.1 熱伝導シートの物性評価
    • 2.2 厚銅回路樹脂基板の評価
      • 2.2.1 接着力評価
      • 2.2.2 放熱性評価
第8節 カーボンファイバーの垂直配向制御と放熱シートの開発
  • 1.カーボンファイバー垂直配向制御による放熱シートの高熱伝導率化
    • 1.1 放熱シートの特徴
    • 1.2 高熱伝導率化処方
    • 1.3 狙いのフィラー充填構造
    • 1.4 検討に用いた熱伝導フィラー
    • 1.5 作製した成型体のフィラー配向性ならびに繊維長の確認
    • 1.6 放熱シート試料の作製
    • 1.7 カーボンファイバー垂直配向放熱シートの熱伝導率
  • 2.形状異方性フィラーの垂直配向制御技術の更なる展開
    • 2.1 カーボンファイバー垂直配向放熱シートの低熱抵抗化
    • 2.2 電気絶縁性を有する高熱伝導放熱シート

第8章 高放熱・高耐熱基板・シートの設計と低熱膨張化、絶縁信頼性向上

第1節 高発熱電子機器向け放熱・冷却部品の選定とヒートパイプを使用した効果的な放熱方法
  • 1.高発熱電子機器の熱設計の現状と課題
  • 2.ヒートパイプを使用した効果的な放熱方法
    • 2.1 ヒートパイプの構造・作動原理・特徴
      • 2.1.1 ヒートパイプの構造
      • 2.1.2 ヒートパイプの作動原理
      • 2.1.3 ヒートパイプの特徴
    • 2.2 ヒートパイプの活用方法
      • 2.2.1 パワー半導体における活用事例
      • 2.2.1.1 変電設備への活用事例
      • 2.2.1.2 鉄道車輌への活用事例
      • 2.2.2 大光量LED照明機器への活用事例
      • 2.2.3 小型電子機器における活用事例
      • 2.2.3.1 データセンター用サーバへの応用事例
      • 2.2.3.2 モバイルコンピュータ・スマートフォンへの応用事例
      • 2.2.3.3 ベーパーチャンバによる薄型化
      • 2.2.4 自動車への活用事例
      • 2.2.4.1 ジャンクションボックスの冷却
      • 2.2.4.2 バックライトの冷却
      • 2.2.4.3 ヘッドライトの冷却
      • 2.2.4.4 バッテリーの冷却
    • 2.3 ヒートパイプ使用にあたっての注意点
      • 2.3.1 容器と作動流体の適合性
      • 2.3.2 寒冷地での使用
      • 2.3.3 廃棄時の処置
第2節 モバイル機器向けマイクロループヒートパイプの熱輸送特性とその応用
  • 1.モバイル機器へのLHP技術の適用
    • 1.1 LHPによる熱輸送
    • 1.2 スマートフォンへのμLHPの適用コンセプト
  • 2.μLHPの構成
  • 3.μLHPの熱輸送性能
    • 3.1 評価方法
    • 3.2 熱輸送特性
    • 3.3 液量・姿勢依存性
  • 4.μLHPの導入効果
    • 4.1 スマートフォンへのμLHP搭載実験
    • 4.2 応用例および今後の開発動向
第3節 パワー半導体向け冷却器の開発と冷却技術
  • 1.従来の冷却構造
  • 2.パワー半導体冷却への適用が期待される技術
    • 2.1 熱伝導経路の進化: 直冷式冷却器
    • 2.2 熱伝達の進化: 液冷用高性能フィン
第4節 相変化を応用した次世代SiC型車載用インバータの冷却技術
  • 1.相変化促進による高発熱密度インバータの冷却
    • 1.1 金属ポーラスヒートシンクの開発
    • 1.2 銅ミニチャンネルフィンを用いた沸騰冷却
    • 1.3 気泡微細化沸騰を利用した浸漬冷却技術
第5節 放熱塗料の配合設計と基材との密着性、耐候性の向上
  • 1.放熱の原理と手段
  • 2.熱放射および放熱塗料による熱輸送
  • 3.放熱塗料の構造と設計
  • 4.放熱塗料の性能
    • 4.1 冷却効果
    • 4.2 耐候性・表面汚れ・密着性
  • 5.耐久性、長期信頼性が求められる用途への適用
    • 5.1 LED
    • 5.2 太陽光発電

第9章 パワーデバイスの高耐熱、高放熱実装技術と熱対策

第1節 パワーエレクトロニクス機器のサーマルマネージメント技術
  • 1.パワーエレクトロ二クス機器における放熱技術
    • 1.1 はじめに
      • 1.1.1 熱流束の大小と放熱形態
      • 1.1.2 放熱・信頼性に対するニーズとそれを達成する手段
    • 1.2 強制空冷
      • 1.2.1 マイクロヒートシンク (ループ状フィン)
      • 1.2.2 ドライパネル走行風利用モジュール冷却
    • 1.3 水冷
      • 1.3.1 両面冷却
      • 1.3.2 マイクロチャンネル
      • 1.3.3 直接冷却
      • 1.3.4 乱流促進体による伝熱促進
    • 1.4 相変化を用いた冷却方式
    • 1.5 熱伝導
      • 1.5.1 グリースの接触熱抵抗
      • 1.5.2 高熱伝導シート
      • 1.5.3 TIM (Thermal Interface Materials)
    • 1.6 インバータ、コンデンサ、EDLC (電気二重層キャパシタ) の熱設計
  • 2.パワーエレクトロニクス機器における信頼性技術
    • 2.1 パワーモジュールの信頼性技術
      • 2.1.1 接合部劣化メカニズムと解析・対策
      • 2.1.2 疲労寿命の予測
    • 2.2 パワーエレクトロ二クス要素部品におけるその他の信頼性技術
      • 2.2.1 Semikron の加圧スプリングのモジュール
      • 2.2.2 配線基板
      • 2.2.3 モジュール内温度変動緩和による信頼性向上
第2節 パワーモジュールの高耐熱接合技術とその課題
  • 1.パワーモジュールへの要求
  • 2.高耐熱接合技術
    • 2.1 液相拡散接合
    • 2.2 焼結接合
  • 3.焼結接合技術の課題と展開
第3節 SiCパワーデバイスのための高温耐熱接合技術
  • 1.現状の実装技術と高温耐熱実装技術の課題
    • 1.1 ワイヤーボンディング
  • 2.高温耐熱接合技術
    • 2.1 超音波接合
    • 2.2 低融点金属と高融点金属の層状材料の拡散による接合
    • 2.3 ナノサイズ金属粒子による低温接合
    • 2.4 マイクロメッキ接合
  • 3.新たな高温耐熱接合技術の提案
    • 3.1 ナノNi粒子による高温耐熱接続 (NNPB)
    • 3.2 Niマイクロメッキ接続 (NMPB)
    • 3.3 実チップでの動作確認
第4節 パワーコントロールユニットの両面冷却とその実装技術
  • 1.カーエレクトロニクスへの要求
    • 1.1 自動車が取り組むべき課題
    • 1.2 車載電子製品への要求
    • 1.3 小型化の実現と熱設計
    • 1.4 車載電子製品の設計
    • 1.5 パワーデバイス部の放熱構造
  • 2.車載用両面冷却小型インバータの冷却技術と実装技術
    • 2.1 小型化を実現する放熱設計
      • 2.1.1 インバータに使われる放熱設計の考え方
      • 2.1.2 放熱経路の低熱抵抗化の例
      • 2.1.3 放熱経路の拡張、拡大化の例 (両面冷却方式)
    • 2.2 最適な接続材料
    • 2.3 はんだ付け技術
      • 2.3.1 組み付け制御
      • 2.3.2 ボイド低減
      • 2.3.3 寿命設計
    • 2.4 樹脂封止
  • 3.将来動向
第5節 高耐熱実装における熱疲労信頼性評価
  • 1.高耐熱実装のメリットと応力緩和構造
    • 1.1 高温化への期待と技術課題
    • 1.2 はんだ代替技術とその問題点
    • 1.3 高信頼性・高耐熱実装コンセプト
  • 2.新構造の熱応力に対する信頼性評価
    • 2.1 応力緩和の可能性
    • 2.2 実装部の寿命予測
  • 3.Agナノ接合層に対する信頼性評価
    • 3.1 Agナノ接合法の特徴
    • 3.2 高耐熱薄膜接合層のせん断強度評価
    • 3.3 Ag接合層の非破壊評価法
    • 3.4 Ag接合層の熱疲労信頼性評価
第6節 パワーデバイスパッケージの放熱評価技術と故障解析への応用
  • 1.過渡熱測定による放熱特性評価
  • 2.熱抵抗と熱容量
  • 3.構造関数
  • 4.SiC MOSFETの放熱特性評価
  • 5.故障解析への応用
  • 6.熱流体解析と過渡熱測定の組み合わせによる詳細解析

第10章 放熱材料の熱拡散率・熱伝導率の測定、評価技術

  • 1.定常法
  • 2.非定常法
    • 2.1 パルス加熱法
    • 2.2 周期加熱法
    • 2.3 熱拡散率・熱伝導率の評価について
    • 2.4 測定結果の妥当性
  • 3.放熱材料の測定例

執筆者

  • 工学院大学 伊藤 雄三 氏
  • デンカ(株) 飯塚 慶至 氏
  • (株)トクヤマ 金近 幸博 氏
  • 日本グラファイトファイバー(株) 大野 秀幸 氏
  • 富山県立大学 永田 員也 氏
  • 富山県立大学 真田 和昭 氏
  • 首都大学東京 山登 正文 氏
  • デンカ(株) 門田 健次 氏
  • 香川大学 楠瀬 尚史 氏
  • 三菱電機(株) 平松 星紀 氏
  • 熊本県産業技術センター 永岡 昭二 氏
  • 住友理工(株) 片山 直樹 氏
  • 豊橋技術科学大学 村上 義信 氏
  • (国研)産業技術総合研究所 今井 祐介 氏
  • 信越化学工業(株) 岩田 充弘 氏
  • (株)豊田中央研究所 福森 健三 氏
  • 大陽日酸(株) 坂井 徹 氏
  • (国研)産業技術総合研究所 阿多 誠介 氏
  • (株)アイテック 鈴木 慎吾 氏
  • 岡山大学 仁科 勇太 氏
  • 福井大学 田上 秀一 氏
  • (公財)鉄道総合技術研究所 上條 弘貴 氏
  • (株)KRI 林蓮貞 氏
  • 立教大学 上谷 幸治郎 氏
  • 京都大学 田中 一生 氏
  • 三菱化学(株) 高橋 淳 氏
  • (地独)大阪市立工業研究所 大塚 恵子 氏
  • (株)カネカ 吉原 秀輔 氏
  • ポリプラスチックス(株) 田口 吉昭 氏
  • 佐世保工業高等専門学校 古川 信之 氏
  • (株)セイロジャパン 吉井 正樹 氏
  • 京セラ(株) 安藤 元丈 氏
  • 住友ベークライト(株) 嶽出 和彦 氏
  • 群馬大学 井上 雅博 氏
  • (株)東芝 平塚 大祐 氏
  • (株)日本スペリア社 西村 貴利 氏
  • 大阪大学 酒 キンテイ 氏
  • 大阪大学 廣瀬 明夫 氏
  • (地独)大阪市立工業研究所 長岡 亨 氏
  • 大同大学 山田 靖 氏
  • (株)アドバンスドナレッジ研究所 大串 哲朗 氏
  • デンカ(株) 廣津留 秀樹 氏
  • 日本ファインセラミックス(株) 草野 大 氏
  • ノリタケカンパニーリミテド(株) 奥田 和弘 氏
  • 三菱マテリアル(株) 長友 義幸 氏
  • 日本シイエムケイ(株) 猪川 幸司 氏
  • (株)メイコー 戸田 光昭 氏
  • 日立化成(株) 天沼 真司 氏
  • バンドー化学(株) 向 史博 氏
  • 古河電気工業(株) 橋本 信行 氏
  • (株)富士通研究所 塩賀 健司 氏
  • 昭和電工(株) 山内 忍 氏
  • 山口東京理科大学 結城 和久 氏
  • ペルノックス(株) 岩村 栄治 氏
  • 福井工業大学 中尾 一成 氏
  • (株)日立製作所 宝藏寺 裕之 氏
  • 早稲田大学 巽 宏平 氏
  • (株)デンソー 神谷 有弘 氏
  • 日産自動車(株) 山際 正憲 氏
  • (株)東レリサーチセンター 遠藤 亮 氏
  • (国研)産業技術総合研究所 阿子島 めぐみ 氏

出版社

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体裁・ページ数

A4判 682ページ

ISBNコード

ISBN978-4-86104-662-9

発行年月

2017年1月

販売元

tech-seminar.jp

価格

80,000円 (税別) / 86,400円 (税込)

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