2023 Fiscal Year Annual Research Report
Development of reliable SiC MOSFET power modules
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21H01311
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
舟木 剛 大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (20263220)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
カステッラッズィ アルベルト 京都先端科学大学, 工学部, 教授 (70866897)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | パワーモジュール / SiC MOSFET / マルチチップ / 信頼性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では，SiC MOSFETパワーモジュールの高信頼性化に向けた電気および熱性能向上に必要となる要素技術の検討を行った。
パワーモジュールの信頼性にはパワーデバイス特性が大きく関係することから，パイアス条件印加に対するデバイス特性の変化を評価した。具体的にはゲート電極構造が異なるプレーナゲートとトレンチゲートの複数種類のSiC MOSFETを対象にして，ゲートバイアス電圧印加およびボディダイオード通電に対するゲート閾値電圧およびオン抵抗，ボディダイオードの立ち上がり電圧等の変化を測定し，初期の特性ばらつきからストレス印加による特性変化のばらつきまで統計的な処理を行った。これに基づき電気特性の変化が自己発熱による熱応力に与える影響を評価した。その結果自己発熱によるパワーサイクル信頼性試験として，ボディダイオードを使わずチャネルに順方向電流を流す試験条件を設定することで，電気特性変化による影響の受けにくい信頼性評価が行えることを明らかにした。
また複数のSiC MOSFETチップを実装したマルチチップSiCパワーモジュールの設計に向け，非一様となるパワーモジュールの初期条件および構成部材間の境界条件を考慮に入れた、電気回路および熱回路シミュレーションに用いるパワーモジュールの電気熱モデルを構築し，その妥当性を検証した。マルチチップモジュール内では，SiC MOSFETチップ間に平面方向での熱干渉が生じるが，これに対して放熱経路となる垂直方向の熱特性が大きく影響する。パワーモジュール内の配線間の絶縁と構造保持に用いるセラミック基板の特性およびセラミック基板底部に接続された熱拡散用の導体層が与える影響について，過渡熱抵抗測定により評価した。実験結果をもとに数値解析シミュレーションで熱干渉を低減するために望ましいパワーモジュール構造について明らかにした。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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