2018 Fiscal Year Research-status Report
Formulation of multiscale thermal model in SiC power semiconductor device
| Project/Area Number |
18K13707
|
|---|
| Research Institution | Tokyo University of Science, Yamaguchi |
|---|
Principal Investigator |
木伏 理沙子 山陽小野田市立山口東京理科大学, 工学部, 助教 (30781596)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | パワー半導体 / SiC / 熱・電気錬成解析 / ホットスポット |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、次世代のデバイスとして期待されているSiCパワー半導体デバイスの高信頼性を実現するため、半導体部であるSiCダイ内部に発生するナノ・マイクロスケールのホットスポットと、SiCダイ周囲のモールド樹脂なども含めたマクロスケールのホットスポットを同時に予測するマルチスケール・サーマルモデルの構築を目的としている。研究は主に、温度及び電気特性の計測実験、マクロスケールの温度分布を予測するためのCFD解析、ナノ・マイクロスケールの温度分布を予測するための熱・電気連成解析の三つで構成されている。H30年度は、SiCパワーデバイスの温度及び電気特性のデータを取得するための実験装置の準備と、ナノ・マイクロスケールのホットスポットを予測するための熱・電気連成解析の計算コードの構築を行った。
実験装置に関しては、SiCパワー半導体デバイスとして広く用いられるSiCパワーMOSFETを実験対象として選定し、実デバイスの使用環境を考慮した上で、定常的な発熱が生じる場合と非定常発熱が生じる場合の両方を実現できる装置の準備を行っている。パワーMOSFETは、電流のオンオフを繰り返すスイッチング動作を行うため、選定したパワーMOSFETの適正なスイッチングを実現できる電源を選定した上で、電気回路の構築を行った。また、温度を計測するための熱電対、データロガー、サーモカメラの準備をした。
熱・電気連成解析に関しては、これまで準備してきたコードの更なる改良を行い、いかなる条件でも安定した解析を行えるための準備を進めている。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
実験に関しては、デバイスの温度分布及び電気特性の実測を行う予定であったが、実験装置の準備に時間を要し、実測まで行うことができなかった。電源の準備の際に生じた不明点や回路の構築の際に生じた不具合を解消するため、電気回路の専門家にアドバイスを受けながら実験装置の準備を行ったが、想定している実験を行うための装置の動作確認に時間を要してしまい、遅れが生じた。
解析に関しては、おおむね順調であるが、与える境界条件によって解析が不安になる現象が確認されており、改良を重ねている。
以上より、やや遅れていると判断した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
実験装置の準備がほぼ整ったため、デバイスの温度分布及び電気特性の実測を行う。また、比較のためのCFD解析を行い、デバイスにおけるマクロスケールの温度分布及び、ナノ・マイクロスケールのホットスポットを特定するためのSiCダイ周囲の熱環境の検証を行う。熱・電気連成解析に関しては、引き続き解析の安定性を高めるためのコードの改良を行う。また、熱的な境界条件にCFD解析から得られたSiCダイ周囲の条件を反映し、マイクロスケールでのSiCパワーMOSFETの温度分布の変化を検証する。
|
| Causes of Carryover |
サーモカメラが、アカデミックキャンペーンにより予定金額よりも安価で購入でき、またファンクションジェネレータは、予定していたものより安価なものを採用したため当該助成金が生じた。2019年度は、消耗品である熱電対の購入に使用させていただく予定である。
|
