ロータス金属による沸騰促進を利用した沸騰冷却技術を開発

ＪＳＴ（理事長 濵口 道成）は、研究成果最適展開支援プログラム（Ａ－ＳＴＥＰ） 企業主導フェーズ ＮｅｘＴＥＰ－Ｂタイプの開発課題「自発的冷却促進機構を有する高性能車載用冷却器」において、目指していた成果が得られたと評価しました。この開発課題は、山陽小野田市立山口東京理科大学の結城 和久 教授らの研究成果をもとに、平成２９年１２月から令和３年３月にかけて株式会社ロータス・サーマル・ソリューション（代表取締役社長 井手 拓哉、本社：大阪府大阪市、資本金１億８４０万円）に委託し、実用化開発を進めていたものです。

大型サーバーに用いられる高性能ＣＰＵや、電気式ハイブリッド車（ＨＥＶ）向けインバーターに利用されるパワー半導体では、集積密度の向上や、大電力化が進むと同時に半導体のパッケージも小型化が進んでいます。そのため、半導体の面積当たりの消費電力が増加し、その結果、発熱密度が高くなり、素子の耐熱限界に近づいているのが現状です。

ロータス・サーマル・ソリューションは、この問題に対する解決策として、ロータス金属を用いた高効率な沸騰冷却器を開発しました。次世代パワー半導体として期待されているシリコンカーバイド（ＳｉＣ）の発熱密度は３００～５００ワット毎平方センチメートル（Ｗ／ｃｍ^２）と言われ、ＳｉＣをデバイスに用いるためにはこれよりも大きな限界熱流束（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｈｅａｔ Ｆｌｕｘ：ＣＨＦ）を持った部材による冷却が必要となります。本開発では、ロータス金属を用いた沸騰促進技術を利用することで、従来の冷却器では２００Ｗ／ｃｍ^２程度であったＣＨＦを、５３０Ｗ／ｃｍ^２以上に向上させることに成功しました。

本開発により、高発熱密度に対応できる沸騰型冷却技術を確立したことから、車載用のＳｉＣ半導体によるインバーター回路や大型サーバー用高性能ＣＰＵを効率的に冷却するシステムの実現が期待されます。