| 研究課題/領域番号 |
21K04182
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21060:電子デバイスおよび電子機器関連
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| 研究機関 | 芝浦工業大学 |
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研究代表者 |
苅谷 義治 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (60354130)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
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| キーワード | ダイアタッチ / 熱疲労 / パワーサイクル / パワー半導体 / FEM / 寿命予測 / パワーモジュール / 熱疲労破壊 / 等2軸応力 / パワー半導体デバイス / 疲労 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
パワー半導体デバイスダイアタッチ接合部で生じる新しい疲労破壊である疲労き裂ネットワーク破壊の寿命予測法を構築するため，初年度に申請者独自のSi/ダイアタッチ材/Si接合体を用いた高速温度サイクル試験を実施する．この試験により疲労き裂ネットワーク破壊寿命のサイクル数依存性，また，その寿命の試験条件依存性を確認し，寿命予測方法構築に必要な実験データを揃える．2年目以降では，初年度に得られたデータを基に，拡張体積理論を組み込んだ新たらしい疲労寿命予測の数理モデル作成を行い，最終的にパワー半導体ダイアタッチ接合部の疲労き裂ネットワーク形成の寿命則を提案する．
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| 研究成果の概要 |
ダイアタッチ接合部の疲労き裂ネットワーク破壊機構を解明することを目的に，ダイアタッチ接合部の高速温度サイクル試験を実施し，疲労き裂ネットワークが等2軸応力による連続的なき裂発生とそれらき裂の進展・連結により形成することを解明した．この破壊を拡張体積理論を用いて表し，疲労き裂ネットワーク形成による損傷発展を予測することが可能であった．さらに，疲労き裂ネットワークに対応できる損傷発展型FEM解析を提案した．本手法により，疲労き裂ネットワーク破壊特有の損傷発展が再現された．本手法はダイアタッチ外周部からのき裂進展型の損傷にも適用でき，ダイアタッチ接合部の疲労寿命予測手法の確立に向けた指針が得られた．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
次世代パワー半導体デバイスダイアタッチ接合部の新たな破壊である疲労き裂ネットワークの機構を解明し，その寿命予測方法を確立した．この寿命予測法は均一応力場でロジスティック曲線型にき裂がランダムに発生し，損傷が発展するという従来にはない新しい手法であり，学術的意義が高いものである．また，このダイアタッチ接合部の疲労き裂ネットワーク破壊の寿命予測が可能となることで，高性能なパワー半導体の開発が進み，エネルギーの効率利用に対して貢献することができる．エネルギーの効率利用は脱炭素社会の実現に不可欠であり，本研究成果は社会的に意義の高いものである．
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