信頼性の高い接合部温度センシングを備えた3D両面冷却車載SiCパワーモジュールのパッケージ設計と熱特性評価
Packaging Design and Thermal Characterization of 3D Double-Sided Cooling Automotive SiC Power Modules with Reliable Junction Temperature Sensing
電気自動車(EV)におけるシリコンカーバイド(SiC)パワーモジュールの信頼性には、正確な接合部温度(Tj)センシングが不可欠である。本研究では、EVにおける接合部温度モニタリングの課題を解決するため、3D垂直相互接続を活用した両面冷却(DSC)SiCパワーモジュールに組み込まれた温度センシング構造を提案する。銅スペーサーは、上下のチップ間の主要な放熱経路および電気的接続として機能する。熱抵抗ネットワークと3D有限要素シミュレーションにより、スペーサーとチップ間の垂直熱結合を明らかにし、スペーサー温度からの正確な接合部温度推定を可能にする。試作機を用いた実験により、銅スペーサーと接合部温度の温度差は、テストされた動作範囲で約0.5~2°Cに維持されることが確認された。このアプローチは、高電力密度電動ドライブにおけるリアルタイム状態監視および熱管理への応用が期待される。
本記事はSiCパワーモジュールのパッケージング技術における実用的な進展を示している。銅スペーサーを用いた間接的な接合部温度センシング手法により、EV向けSiCモジュールの信頼性と熱管理性能が向上する可能性があり、パワー半導体パッケージングの競争力に影響を与えうる。ただし、特定の企業や製品に紐づいた発表ではなく、研究段階の技術提案であることから投資判断への直接的なインパクトは限定的である。