大分高専さまとの共同研究 2023年度 #4 研究発表会

大分高専：横山さん

今回の課題は2つあります。ひとつめは、寄生インダクタンスを小さくすることです。これはリード線をシミュレーションで可視化することで高性能化します。もうひとつは、リード線の電流密度分布を平衡化することで、電流密度分布解析を用いて最適な設計を検討します。

大分高専：横山さん

まずリード線の解析をするため、3パターンの形状のモデルを用意しました。そしてこの図の6箇所にリード線を配置しました。

大分高専：横山さん

リード線の形以外にもリード線の位置を変更し、さまざまな組み合わせを試しました。その結果、3番のリード線をアーチ型にし、位置を右端に寄せたモデルが、電流密度の差が14.70%、インダクタンス3.92nHと良い値を出しました。

大分高専：横山さん

またもうひとつ、リード線の形や位置は変えず、基板を斜めにカットした物を試してみました。すると、電流密度の差が12.81%、インダクタンス4.18nHと良い結果でした。

大分高専：横山さん

これらの結果から、以下の事が分かりました。まず電流密度の差を減少させるためには、3番のリード線を右端に寄せると効果的です。またアーチ状のリード線を用いることで、インダクタンスを減少できるようです。これは、長さが短いことで電流経路を短くできるためと考えられます。そしてリード線の本数を増やす事も、インダクタンスを減少させる効果があります。これは並列部を増やす事ができるからです。基板をカットすると、特定のリード線配置においては効果が得られました。しかし法則性までは突き止められませんでした。発表は以上です。ご清聴ありがとうございました。

ODT：安部社長

ありがとうございました。この研究も3年目で、リード線の位置を変えたり基板をカットしたりと、これまで無かった取り組みが見られました。 3番と6番が赤くなるのはなぜだと考えていますか？

大分高専：横山さん

私は電流の動きを、水が流れるのと同じようにイメージしています。3番と6番は、水で例えるなら水圧が高くなっている位置なのでは？と思います。

何度もシミュレーションをしたと思いますが、結果が出る前に何となく予想が付くような事がありましたか？

大分高専：横山さん

はい、だんだん予想が付くようになりましたが、時々予想が裏切られることがあり、そういう時は「何でだろう？」と考え込みました。特に基板カットはそれまでの法則性が全く通用せず、分からないまま研究が終わりました。

ODT：杉木

3年かけていよいよ、半導体部品の設計要素を含む領域に差し掛かってきたなと思います。 これまでは学校の勉強の延長線上だったと思いますが、今年からは現場感のある内容で、非常に良かったと思います。 今回は電流密度にフォーカスしましたが、実は磁束密度が密接に関係していまして、磁束密度に着目するとなぜ3,6番が赤くなるのかが見えてくるかもしれません。 そういったところも踏まえて、高度な設計の分野に入っていけると良いなと思います。

大分高専：石川先生

今回の研究は横山さんがとてもスピード感を持ち主体的に取り組み、私が進み具合を見に行くと、思いもかけない事をやっていたなんて事が良くありました。 これほど学生が前面に出て取り組む研究はあまり例が無く、他校の方からも注目度が高いです。 3年目でここまで来ましたので、またぜひ研究を継続できればと思っています。