新しいパワー半導体用セラミックス基板を目指し三菱マテリアル株式会社との共同開発を開始

～世界最高水準の放熱性と信頼性の実現を目指して～

株式会社U-MAP（以下「当社」）は、三菱マテリアル株式会社（以下「三菱マテリアル」）と、新しいパワーモジュール用窒化アルミニウム（AlN）セラミックス回路基板の実現に向けた共同開発を開始しました

近年、世界各地域での二酸化炭素排出規制の強化に伴い、自動車を中心とした電動化の流れが加速しており、自動車の電気駆動制御に使用されるパワーモジュールの需要が急速に拡大することが予想されています。また、産業機器の省エネルギー化や再生可能エネルギー利用においても、パワーモジュールは重要な技術であり、今後の市場拡大が期待されています。パワーモジュール市場では、小型化、高出力化が強く求められており、これらを実現するためには、キーマテリアルであるセラミックス回路基板の高放熱化、高信頼性化の実現が必須となります。

 

このようなニーズや動向に対応するため、当社は独自素材であるThermalnite®︎を添加することで、AlNセラミックス基板がこれまでにない高い熱伝導率と高い機械的特性を発揮することを新たに発見しました。今後は、三菱マテリアル社のセラミックスと金属を接合する異種材料接合技術と組み合わせることで、高熱伝導性と高信頼性を両立したセラミックス回路基板を開発していきます。 
 

1.     省エネ化の重要技術であるパワーモジュールの課題”放熱”

パワーモジュールの市場は、自動車をはじめとする産業機器の電動化や省エネルギー化などにより、今後大きな成長が見込まれています。その一方で、大電流を流すパワーモジュールは、抵抗による発熱が大きく、放熱が不十分なためにパワーモジュール本来の性能を発揮できないという問題があります。また、経済産業省「半導体戦略」*においても、高放熱モジュールの開発が重点テーマとして掲げられています。
（*経済産業省　半導体・デジタル産業戦略　「半導体・デジタル産業戦略（概要）」令和3年6月4日）

2.       “放熱”を効率的に行うためのキーマテリアルはセラミックス基板。U-MAPは独自技術”Thermalnite®︎”により高放熱性のセラミックス基板を実現

セラミックス基板は、パワーモジュールの効率的な放熱のための重要な材料です。当社は、世界唯一の技術であるThermalnite®︎の合成技術および、そのセラミックスへの複合化技術を有しております。Thermalnite®︎を使用することで、高放熱性と高信頼性を両立したセラミックス基板を開発しました。
 

パワーデバイスから発生した熱は、最終的にはヒートシンクから放熱されますが、その間に絶縁性の高熱伝導性セラミックス基板を搭載し、さらにセラミックス基板の上下の表面領域に高熱伝導性金属を配置しています。セラミックス基板は全体の熱抵抗に占める割合が高く、セラミックス基板の熱抵抗を低減することで、熱の問題を大きく解決することができます。

3.       三菱マテリアル社との共同開発により高い信頼性が要求されるアプリケーションを開拓

三菱マテリアル社は、金属とセラミックスなどの異種材料接合に置いて高い技術力を有しております。この技術と当社の技術を組み合わせることで、世界最高レベルとなる200 W/mK以上の熱伝導を持つ基板として高い信頼性を備えた高性能な「AlNセラミックス回路基板」の実現を目指します。この技術の実用化に成功すれば、パワーモジュールの中でも特に高い信頼性が求められる用途への応用が期待できます。また、放熱性の向上により、パワーモジュールに使用される他の部品や材料の小型化が可能となり、モジュールのコスト削減にもつながります。

SDGsの観点では、エネルギーや資源の効率的な利用を目指しており、そのためのキーテクノロジーであるパワーモジュールの技術革新を支援していきたいと考えています。そのための重要なステップとして、三菱マテリアルとの共同開発により、EVや産業機器の発熱問題の改善に向けた取り組みを進めていきたいと考えています。
以上 

三菱マテリアル株式会社について

非鉄金属やセメントなどの基礎素材をはじめ、自動車や家電などに使われる機械部品や電子材料・部品、それらを作るために必要な超硬工具も製造・販売を行う「総合素材メーカー」です。
現在、「次世代自動車」「IoT・AI」「持続可能な豊かな社会構築」の分野で新製品・新事業を創出するための、事業戦略を策定しています。これからも、新しい "マテリアル "の創造に挑戦していきます。

株式会社U-MAPについて

U-MAPは、結晶材料に精通した名古屋大学の研究者が中心となって設立したベンチャー企業です。U-MAPは「ファイバー状窒化アルミニウム単結晶(Thermalnite®︎)」やThermalnite®︎を用いた複合材料など、独自材料の開発・製造を行っております。Thermalnite®︎は、セラミックスや絶縁樹脂に充填することで効率的に放熱する産業用材料であり、モバイル機器やパワーデバイスモジュール、高輝度LEDなどに利用できます。「ILSイノベーションリーダーズサミット」ILS AWARD2018グランプリ受賞や、「CNBベンチャー大賞」最優秀賞などの受賞歴を持っております。究極の材料と加工技術による技術革新を通した、新しいソリューションの提供を目指しています。