| 研究課題/領域番号 |
18K13707
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| 研究機関 | 富山県立大学 |
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研究代表者 |
木伏 理沙子 富山県立大学, 工学部, 助教 (30781596)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 熱設計 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、SiCパワー半導体デバイスにおける高精度熱設計の実現を目的としている。非常に高発熱であるSiCパワー半導体デバイスにおいて冷却システムのエネルギー消費を最小限に抑えるためには、高精度熱設計によりナノ・マイクロスケールのホットスポット温度を予測する必要がある。ここで、ナノ・マイクロスケールのホットスポット温度を予測するためにはSiCパワー半導体ダイ内部の詳細な温度分布を取得しなければならない。その手法として数値解析が用いられるが、このSiCパワー半導体ダイ内部の発熱・熱伝導を評価するための解析で採用されるべき境界条件を検討しなければならない。そこでマクロスケールにおいてSiCパワー半導体ダイから外気までの放熱を評価するため、実験によるSiCパワー半導体デバイスの温度分布取得と、CFD(Computational Fluid Dynamics)解析の結果を比較することでCFD解析の結果の妥当性を評価し、CFD解析の結果からデバイス内部の熱移動を評価する。この実験的な温度分布の取得において、前年度は計測方法について再検討が必要としていたが、計測方法の改善から前年度に比べてばらつきを抑えることができた。またこの結果と、CFD解析の比較から、低発熱量条件でのSiCパワー半導体デバイス内部の熱移動を定量的に評価し、境界条件の一部については最適な条件が示された。しかし、他材料、高発熱条件におけるSiCパワー半導体デバイス内の熱移動は異なると考えられるため、CFDを用いた評価をさらに進める必要がある。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
当初の計画ではCFD解析の結果から境界条件を選定し、ナノ・マイクロスケールの温度分布取得のための解析コードの改良を行い、その解析コードを用いて発熱条件等をパラメータとしたポットスポット温度のデータベースを構築する予定であった。このCFD解析を用いた、ナノ・マイクロスケールの解析のための境界条件の選定において、CFD解析の妥当性評価の対象となるSiCパワー半導体デバイスの温度計測に予定以上の時間を要した。さらに、CFD解析と実験結果に大きな乖離があったため、妥当性の評価についても予定以上の時間を要した。
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度は、前年度までに構築したCFD解析モデルを採用して、高発熱条件および異なる材料の場合を想定し、SiCパワー半導体デバイス内部の熱移動を評価する。この結果を基に、高発熱条件下でのナノ・マクロスケールの温度分布予測ための数値解析における境界条件の検討を行う。また、ナノ・マイクロスケールの温度分布予測のための数値解析については、境界条件の検討が完了した低発熱条件から解析を開始して、ナノ・マイクロスケールのホットスポット温度の評価を開始する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当初の計画から、研究経過が遅れたため前年度使用額が少なかった。次年度もCFD解析の妥当性評価のための温度分布測定を他条件にて実施するため熱電対等を購入し、またCFD解析のためのライセンス、ナノ・マイクロの数値解析を本格的に実施するため、PC等の購入と研究成果報告を予定している。
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