住友ベークライトと東北大学、超小型・高出力密度を実現する次世代3Dパワーモジュールを開発
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開発の背景
電気自動車（EV）の普及に伴い、車両の軽量化と動力システムの省スペース化が喫緊の課題となっています。特に、モータ駆動用インバータなどのパワーエレクトロニクス分野では、システムの高効率化と発熱増加への対応が不可欠です。これにより、インバータの小型化・薄型化に加え、高出力密度化を実現する次世代パワーモジュールの研究開発が世界的に進められています。
開発概要
住友ベークライトと東北大学は、2025年1月に設立した共創研究所の枠組みのもと、東北大学が推進する高出力密度インバータ構想に対し、住友ベークライトが持つ高機能樹脂製品群を組み合わせて本開発を実現しました。
開発されたパワーモジュールは、樹脂絶縁基板およびエポキシ封止樹脂の熱膨張特性と弾性率を最適化することで、モジュールの反りを大幅に低減しています。また、銀セミシンタリング接合材の採用により、冷却器との接合信頼性が向上しました。この結果、インバータ出力密度300kVA/Lに寄与し、高い信頼性を備えたパワーモジュールが実現されています。
技術の特長
1. 樹脂絶縁基板による反り抑制
従来のセラミック絶縁基板に代わり、樹脂絶縁基板を採用することで、銅との線熱膨張ミスマッチが大幅に低減されました。これにより、パワーモジュールの反りが20um以下に抑制されます。
2. 熱抵抗の低減と実装性向上
樹脂絶縁基板の導入により、基板材料間の熱膨張差に起因するモジュールの反りが抑制されたことで、モジュールと冷却器との接合材であるサーマルインターフェイスマテリアル(TIM)の薄塗化が可能となりました。これにより、熱抵抗の大幅な低減と、冷却器との高信頼性接合が確保され、実装性が向上しました。
3. 低温・無加圧 銀セミシンタリング接合材
新たに開発された銀セミシンタリング接合材は、従来の高温・高圧が必要な半田や焼結銀接合と比較して、低温・無加圧での接合を可能にします。これにより、モジュールに加わる熱応力が低減されます。また、高密着性と低弾性率の特長を有しており、冷却器との接合層が100um以下の薄層でも信頼性と耐久性を向上させます。
成果と今後の展望
本技術により、パワーユニットの体積を業界標準と比較して約2分の1にすることが可能となります。これは、車内スペースの有効活用による居住空間や収納性の向上といった、顧客価値の創出に貢献すると考えられます。
本成果は、2026年6月にドイツで開催された世界最大級のパワーエレクトロニクス展示会「PCIM Europe 2026」にて発表されました。
PCIM Europe 2026について
PCIM Europe 2026は、パワーエレクトロニクス、インテリジェントモーション、再生可能エネルギーおよびエネルギーマネジメント分野における世界有数の国際展示会・国際会議です。パワー半導体やモジュール、システムに至るまで、バリューチェーン全体にわたる最新技術や研究成果が発表される場として知られています。
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会期：2026年6月9日～11日
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会場：ドイツ・ニュルンベルク
住友ベークライト×東北大学 次世代半導体向け素材・プロセス共創研究所概要
2025年1月に設立された本研究所は、国立大学法人東北大学青葉山キャンパスに設置されています。パワーモジュール、パワー半導体、AI関連デバイスを対象分野とし、材料開発から社会実装までを研究領域としています。住友ベークライトの有する高機能樹脂材料技術と、東北大学のパワーデバイス設計・プロセス・評価に関する先端技術を融合させ、次世代パワー半導体および関連技術の高度化、新規研究テーマの創出、人材育成に取り組んでいます。
本件に関する詳細情報は、以下のリンクより参照可能です。
https://www.sumibe.co.jp/topics/2026/it-materials/0804_01/index.html
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