古河電工が新「TOFC」開発　耐熱と低ヤング率でパワー半導体の反り抑制へ

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2025.11.28

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古河電気工業は11月27日、一般的な無酸素銅よりヤング率が低い耐熱無酸素銅「TOFC」を発表した。高い耐熱性と熱伝導性を保ちながら、パワー半導体モジュールの反りや変形を抑えることが狙いだ。EVや再エネ設備で発熱と信頼性の両立が課題となるなか、「熱い心臓」を守る素材としてどこまで期待できるのかが問われている。

反りと剥離に悩む現場、銅素材に託される役割

電力変換を担うパワー半導体は、太陽光発電のパワコンや風力発電設備、EVのインバーター、データセンター向け電源などに組み込まれている。出力が上がるほど素子の発熱は増え、モジュール内部の温度も大きく変動する。銅の放熱板とセラミックス基板など、熱膨張率の違う部材が何度も加熱冷却を繰り返すと、反りやひび割れ、接合部の剥離が起きやすくなる。

古河電工のTOFCは、この課題に対し「柔らかさ」で応える材料だ。ヤング率が従来の無酸素銅より低く、加わった応力にしなやかに変形するため、界面に集中する熱応力を逃がしやすい。ニュースリリースによれば、300℃を超える高温下でも硬さを維持しつつ反りや変形を抑えられるといい、チップから放熱板への熱を効率よく逃がしながら、モジュール全体の歪みを小さくできる。

現場のメーカーにとって重要なのは、性能向上と同時に扱いやすさが確保されているかどうかだ。無酸素銅はもともと導電性と加工性に優れ、コネクターや電極など幅広い用途で使われている素材である。既存の装置やプロセスを大きく変えずに高出力設計に移行できるなら、EVや産業機器の設計担当者にとっても採用のハードルは下がるだろう。

低ヤング率がもたらす「寿命」とビジネスの余裕

古河電工はこれまでも、発熱の厳しい用途向けに高耐熱の無酸素銅を展開してきたが、TOFCでは特にヤング率の低減に焦点を当てた。ヤング率とは材料の「硬さ」を示す指標で、この値が小さいほど外力に対して弾性的にたわみやすい。銅とセラミックス、半導体チップなど熱膨張率の異なる部材が組み合わさるパワーモジュールでは、このたわみが衝撃吸収材のように働き、界面のクラック発生を抑える役割を果たす。

接合信頼性は、電力機器の保守コストやダウンタイムと直結する。古河電工の発表では、TOFCを用いることで熱サイクル試験における剥離の発生を大幅に抑えられると説明している。長時間高温にさらされるインバーターやコンバーターでは、一つの部品寿命が全体の交換時期を左右するため、素材レベルの改善は運用側にとって保守計画の柔軟性向上にもつながる。

量産と販売の開始は2025年度中が予定されている。再生可能エネルギー設備やxEVの普及でパワー半導体の需要が急増するなか、次世代品の採用サイクルは以前より短くなっている。市場が拡大するタイミングにあわせて供給体制を整えれば、モジュールメーカーの設計刷新に合わせて一気に採用が広がる可能性もある。

素材競争と循環型社会、銅を巡る次の一手

無酸素銅の高度化を巡る動きは、古河電工だけにとどまらない。三菱マテリアルは2025年、1000℃の熱処理後でも結晶粒の粗大化を抑制できる無酸素銅「MOFC-GC」を発表し、高温環境での特性劣化を抑えるとアピールした。パワーエレクトロニクス市場の拡大を背景に、各社が熱と機械特性を両立させた銅材料を競い合う構図が鮮明になっている。

一方で、性能競争と並行して環境負荷低減の取り組みも進む。古河電工はパナソニックグループと連携し、廃家電由来のリサイクル銅を配線器具向け銅合金の原料に活用するスキームを構築した。両社の発表によれば、銅地金のみを使う場合と比べ二酸化炭素排出量を約8％削減できるとされ、今後高性能銅材の分野でも同様の循環利用が求められていきそうだ。

パワー半導体の発熱と信頼性、そして製造から廃棄に至るまでの環境負荷をどうバランスさせるかは、今後長く続くテーマである。新素材TOFCは、その解の一つとして「同じ銅でも特性を細かく制御する」方向性を示した。身近な金属の進化が、エネルギーインフラやモビリティの裏側でどこまで静かに効いてくるのか、今後の採用動向を見守りたい。