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パワー半導体向けAlNセラミック絶縁放熱板

INNOVACERAでは、MOSFET、IGBT、SiC MOSFETなどのパワー半導体向けに、窒化アルミニウム（AlN）セラミック絶縁放熱板を提供しています。AlNは高い熱伝導性と電気絶縁性を兼ね備えており、高出力・高電力密度のパワーデバイスで、絶縁性能を確保しながらヒートシンクへの熱伝達を改善したい用途に適しています。

TO-220、TO-247、TO-3P、TO-264、TO-254、TO-257、TO-258などのパッケージに対応し、外形寸法、厚さ、取付穴、穴位置などをデバイスやヒートシンクの構造に合わせてカスタマイズできます。用途や熱設計条件に応じて、複数のAlN熱伝導率グレードから選択可能です。

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パワー半導体を金属製ヒートシンクに取り付ける場合、単に熱を逃がすだけでなく、デバイスとヒートシンクの間で必要な電気絶縁を確保する必要があります。特にMOSFETやIGBTなどでは、絶縁層そのものが熱伝導経路の一部になるため、使用する絶縁材料の熱伝導性がデバイス温度に影響することがあります。一般的な用途ではアルミナセラミックや他の絶縁材料が使用されますが、発熱量が大きい場合や放熱面積が限られている場合には、より高い熱伝導率を持つAlNセラミックが有効な選択肢になります。

パワー半導体で絶縁と放熱の両方が必要な理由

MOSFETやIGBTなどのパワーデバイスでは、パッケージからヒートシンクへ熱を伝える経路が重要になります。一方、デバイス背面の金属部が内部電極と電気的につながっている構造では、金属製ヒートシンクへ直接取り付けることができず、絶縁層が必要です。

この絶縁層は同時に熱伝導経路の一部でもあります。そのため、絶縁材料の熱伝導性が低い場合、ヒートシンク自体の性能が高くても、デバイスからヒートシンクまでの熱抵抗が大きくなることがあります。

特に高出力・高電力密度の設計では、電気絶縁性だけでなく、熱伝導率、材料厚さ、接触面積、界面材料、取付方法まで含めて検討する必要があります。

AlNセラミックが適する用途

一般的なパワーデバイスでは、アルミナ（Al₂O₃）セラミックも絶縁材料として広く使用されています。より高い放熱性能が必要な場合や、絶縁層の熱抵抗がシステム全体の温度上昇に影響する場合には、より高い熱伝導率を持つAlNセラミックが選択肢になります。

高出力MOSFET・IGBT

デバイスの発熱量が大きく、ヒートシンクへの熱伝達を改善する必要がある場合に適しています。

SiC MOSFETを使用する高電力密度設計

高周波・高電力密度で使用されるSiCパワーデバイスでは、絶縁層を含む熱伝導経路全体の設計が重要です。

放熱スペースが限られている装置

装置の小型化などによりヒートシンク面積を十分に確保できない場合、デバイスからヒートシンクまでの熱伝導経路を改善するためにAlNが使用されます。

AlNとアルミナの選び方

材料	熱伝導性	電気絶縁性	主な特徴	適した用途
アルミナ（Al₂O₃）	中	良好	絶縁性、機械的安定性、コストのバランスが良い	一般的なパワー半導体
窒化アルミニウム（AlN）	高	良好	高熱伝導性と電気絶縁性を両立	高出力、高熱流束、高電力密度の用途