マルチレーザ加工技術を用いた先進パワー半導体用ヒートシンクシステムの創成

• 研究課題/領域番号: 21K04709
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分26050:材料加工および組織制御関連
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 芹澤 久 大阪大学, 接合科学研究所, 教授 (20294134)
• 研究分担者: 佐藤 雄二 大阪大学, 接合科学研究所, 准教授 (40422547) ; 中里 直史 室蘭工業大学, 大学院工学研究科, 助教 (70714864) ; 岸本 弘立 室蘭工業大学, 大学院工学研究科, 教授 (30397533) ; 塚本 雅裕 大阪大学, 接合科学研究所, 教授 (90273713)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: レーザ加工 / 異材接合 / パワー半導体 / ヒートシンク / レーザ肉盛溶接 / 拡散接合 / セラミックス材料

研究開始時の研究の概要

次世代の輸送機器の電力化および省電力化のためには、搭載される電力変換機器の小型・軽量化が重要な課題となっており、次世代のパワー半導体としてシリコンカーバイド（SiC）製パワー半導体の活用が期待されている。本研究では、タングステン薄膜を拡散接合させたSiCに、マルチレーザ加工技術を用いて、熱伝導に優れた銅の肉盛層を生成させる技術を確立させることで、先進SiC製パワー半導体用の、新たなヒートシンクシステムの創成技術を確立することを目的とする。

研究成果の概要

本研究では、次世代のパワー半導体として期待されているシリコンカーバイド（SiC）製パワー半導体の活用に向けて、SiC半導体とヒートシンクとの間に、健全性ならびに冷却機能を保持する、新たな接合技術の開発を目的としている。
熱間等方圧加熱法を用いて作製したSiC板と純タングステン薄膜との接合体の純タングステン薄膜表面に、青色レーザを熱源とするマルチレーザ加工システムを用いて、銅肉盛層を形成するための条件を確立するとともに、連続的な銅肉盛層の形成するための条件も見出すことに成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、熱間等方圧加熱法を用いて作製したSiC板と純タングステン薄膜との接合体の純タングステン薄膜表面に、青色レーザを熱源とするマルチレーザ加工システムを用いて、銅肉盛層を形成することに成功した。この技術により、将来の次世代のパワー半導体として期待されるSiC製のパワー半導体への新たな冷却機構を構築することが可能になると期待され、SiC製パワー半導体の広範な活用への道筋を見出すことに成功した、創造性にあふれた研究成果である。またタングステンへの銅肉盛層の形成技術は、耐熱材料として期待されるタングステンの、多岐にわたる活用への新技術であり、その社会的意義も非常に高いと考えられる。