プランゼーのヒートスプレッダで 最適な冷却を

電子部品の小型化にともなう出力密度の増大は、高出力電子機器の熱管理のうえで大きな問題になっています。冷却が不十分だと半導体部品の信頼性と耐用寿命が損なわれます。電子部品は、高すぎる動作温度や他の温度要因、たとえば温度差による機械的ストレスなどから生じるダメージが原因で故障することがよくあります。

熱放散のための銅モリブデンラミネート

電子部品は、発生した熱を分散させることができる基板に取り付けられています。電子部品の熱を確実に分散させるのに必要な熱伝導率、またそのために好適な熱膨張性を有する材料はわずかな種類しか存在しません。 図は気密封止電子パッケージの一般的構造を示します。

温度管理チップ

理想の材料、作るのはもちろんプランゼー

当社のMoCu複合材料、WCu複合材料、およびMo/Cuラミネートは、電子部品の熱を確実に分散させ、高出力半導体、たとえばIGBTモジュール、RFパッケージ、LEDチップといった部品を冷却する効果があります。当社製の材料は、モリブデンおよびタングステンの低い熱膨張率と銅のすぐれた熱伝導性を組み合わせています。プランゼーは、これら独特な複合材料の組成を、シリコン系、GaAs系、GaN系半導体材料の要件を満たすように調整しました。当社製の材料をお使いいただければ、過熱や熱応力に起因する機械的ダメージによる故障を防ぐことができます。

パワー半導体向けの高信頼性ヒートシンク

Ender Cetinが、電子パッケージ内の熱放散が弊社の製品によってどれだけ改善されるかについて説明します。

MoCu複合材料

MoCu30

MoCu複合材料は、超高純度モリブデンと30重量%のOF銅との合金です。この合金は、純モリブデンに較べて熱伝導率が高く密度が低いという特徴があります。つまり、当社製のMoCu複合材料は、出力密度が高い、そして低重量が必須要件であるような用途に特に適していることを意味します。たとえば、航空機や自動車向けに適しています。

PMC®(Cu-MoCu-Cu)複合材料

PMC141

良好な熱拡散性と低熱膨張性を組み合わせる必要がある場合は、当社のPMCラミネートを推奨します。このPMCは、MoCuのコアに超高純度のOF銅をめっきした3層複合材料です。通常、3層の厚さは1:4:1の比率にします。これにより、LDMOSトランジスタや、超高出力密度を伴う他の用途におけるすぐれた熱分布・熱放散特性を保証することができます。

CMC(Cu-Mo-Cu)ラミネートおよびSCMC(Cu-Mo-Cu-…-Cu)ラミネート

CMC111
SCMC313-5

プランゼーのラミネート(CMCおよびSCMC)は、高周波技術分野の熱的要件を満たす理想的な構成になっています。銅層およびモリブデン層の組織と厚さを変えることにより、熱膨張率を通常の半導体材料にとって最適なものとし、また高レベルの熱伝導率を実現できます。当社は、CMC 111などの層厚が均一な3層ラミネート、およびSCMC 313-5などの銅層とモリブデン層の厚さが異なる5層ラミネートを随時提供しています。これらとは異なる層構造をお求めでしたら、プランゼーの材料専門家が喜んでお手伝いいたします。

あなたのアプリケーションに合わせた完成部品

当社製の材料は、薄板、プレカット材、厚板、完成品としてのヒートスプレッダ、基板、サブマウントとして供給されます。材料には防食コーティングが施されますが、このコーティングはチップと基板間を完全に接続するためにも利用されます。

プランゼーの材料構成

異なる材料の熱伝導率

さまざまな材料の熱伝導率および熱膨張率を比較対照:

材料
(材料名)
配合 [wt%] 20℃の密度[g/cm3] 20-150°Cの熱膨張係数[10-6/K] 20 °C の熱伝導度
[W/(m·K)]
モリブデン Mo 99.97% 10.2 22°C5.5/20-800°C5.7 xyz142
タングステン W 99.95% 19.3 22°C4.5/20-800°C4.8 xyz165
MoCu(engl.) Mo-30% Cu 9.7 22°C7.1/20-800°C7.8 xyz205
WCu W-10% Cu 17.1 22°C6.4 xyz195
WCu W-15% Cu 16.4 22°C7.3 xyz215
WCu W-20% Cu 15.5 22°C8.3 xyz235
Cu/Mo-30Cu/Cu(PMC) 1:4:1 /Mo-52% Cu 9.4-9.6 20-150°C7-8/20-800°C6.5-8.5 xy280/z170
Cu/Mo/Cu (CMC) 1:1:1 /Mo-66% Cu 9.320-150°C6.5/20-800°C6.6 xy305/z>220
Cu/Mo/Cu/.../Cu(S-CMC)3:1:3:1:3 /Mo-80% Cu9.2 20-150°C8.1/20-800°C7.5 xy350/z>250

 

お客様の用途をお知らせください。ご要望に沿った材料をお届けします。

材料特性の詳細

好適な物理的特性を有する材料を選択することは、電子パッケージの高信頼性と長い耐用寿命を実現するための必須要件です。これに関連して、基板材料の選択では熱膨張率が特に重要です。プランゼー製の材料の場合、目的の半導体およびパッケージに合わせて熱的特性を調整することができます。

熱膨張率

標準値; Institute of High Pressure Physics 提供のGaN単結晶 - Unipress. CTE: 熱膨張率 標準データ

材料の熱膨張率とともに、熱伝導性率もきわめて重要な役割を果たします。Mo/Cu複合材料を使用すると、純モリブデンと比較して熱膨張率が大幅に上昇します。

熱伝導率
標準データ

下の表は、降伏強度(Rp0.2)および引張強度(Rm)の標準値を示します。正確な特性値は材料の処理の程度に応じて異なります。

材料Rp0.2[MPa]Rm[MPa]
MoCu30> 650< 750
PMC 141> 600< 700
CMC 111> 400< 410
SCMC 612-5> 380< 400

熱流のシュミレーション

以下のシミュレーションは、正しい材料を選択することの重要さを示します。AuSn20はんだでヒートシンクに接合したGaNチップ(出力240W、パルス動作)を熱源として仮定しています。

ヒートシンク材料のシュミレーション
ヒートシンク材料のシュミレーション
MoCu30
ヒートシンク材料のシュミレーション
CMC 111
ヒートシンク材料のシュミレーション
SCMC 612-5

どんなところでプランゼーの製品は使用されているのでしょうか

オプトエレクトロニクス、高周波技術、パワーエレクトロニクス、マイクロエレクトロニクス分野の部品には、プランゼーの基板やヒートスプレッダが使われています。当社製材料の最も重要な用途は以下のとおりです。

  • Si LDMOS トランジスタ (LDMOS = laterally diffused metal oxide semiconductor)
  • GaN/GaAs HEMTトランジスタ
  • レーダー分野のHPA (High Power Amplifiers) およびMMIC (monolithic microwafe integrated circuits)
  • 電気通信の無線基地局
  • 個体レーザー向けのダイオード、水晶製キャリアプレート
  • 高出力LED、マルチエミッタLED
  • 電気自動車(EV/HEV)のモーター用および静止変圧器用IGBTモジュール

お客様の用途をお知らせください。 :お探しの材料がCu/Mo/Cu (CMC)、Cu/MoCu/Cu (PMC)、MoCu、WCu、あるいは純モリブデンまたは純タングステンのどれであろうとも、喜んで最適材料を選ぶお手伝いをさせていただきます。

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