| 研究課題/領域番号 |
24310077
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 研究機関 | 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構 |
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研究代表者 |
岡村 勝也 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 准教授 (50415048)
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| 研究分担者 |
高山 健 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 教授 (20163321)
和気 正芳 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 功労職員 (90100916)
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| 研究期間 (年度) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| キーワード | 加速器 / デジタル加速器 / シリコンカーバイド / パルス電源 / スイッチング素子 / パルスパワー |
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| 研究概要 |
本研究では耐放射線性と高耐圧を持つSic-JFETのベアダイを3D放熱のオリジナルパッケージに実装した新型半導体スイッチ素子を開発し、2kV-50A-1MHzの連続通電が可能な超高性能の半導体パワーデバイスを実証し、加速器電源に供することを目的としている。
本年度はその取り組みの第1歩として高放熱容量、低インダクタンスを実現する3次元配線、放熱構造のパッケージの検討を行った。
最初に本研究開始以前に開発したSiC-JFET素子の性能についてレビューを行い、新素子としてあるべき目標を検討した。その結果、従来1チップを1パッケージに封入した構造であったのに対して新素子では損失を低減するためにチップを2並列とし、さらに回路的には2直列のいわゆる2in1パッケージとする、言い換えると1パッケージ当たり4チップを封入する構造とすることが最適であるとの結論に達した。
次にこれを具現化する構造として4つのチップを直線上に配置したインライン構造と2×2の格子状に配置した構造を比較検討し、後者が低インダクタンスを実現する上で望ましいとの結論を得た。さらにチップに接するヒートスプレーッダーの配置、電流導体板の形状等についても概念設計を行った。
また、高放熱を達成するためにチップの固着手段として従来採用していたハンダに代わる材料の検討を行い、銀ナノペーストが最適であるとの結論を得た。但し、銀ナノペーストで固着するためにはチップ表面に金メッキ処理する必要があり、その実現可能性をダミーチップを用いて検証し、良好なメッキ処理が行えることを確認した。
以上の結果を踏まえた概念設計のもと、簡易熱解析を実施した結果、目標とする1kWの放熱が可能であることを確認した。
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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
研究の過程において目標を達成するためには素子の固着技術がキーイシューであることが判明し、銀ナノペーストを用いることが最適であるとの結論を得た。しかし、銀ナノペーストを採用するためにはチップ表面に金メッキを施すことが必須であり、実際の素子試作を行う前に金メッキ処理の可否について検証することが必要であった。そのため今年度の目標である素子試作には至らなかった。
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| 今後の研究の推進方策 |
H25年度はパッケージの詳細設計を行うとともに、ダミーチップを用いた試作を行い、放熱性能の検証を行う。さらに最終年度は実試作を行ってスイッチング素子としての性能を検証する。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
H24年度はパッケージ試作を行わなかった関係で助成金の一部を繰り越した。これはH25年度の助成金と合算した上でパッケージ試作の材料費として使用する。
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