| Project/Area Number |
23K13559
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 26030:Composite materials and interfaces-related
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
趙 帥捷 大阪大学, 産業科学研究所, 特任研究員(常勤) (70899244)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Discontinued (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
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| Keywords | 銅エポキシ樹脂接合 / パワー半導体 / 信頼性 / 銅拡散 / 異材界面 / 異材接合 / 金属樹脂接合 / エポキシ樹脂封止 / パワーモジュール / 異相界面 |
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| Outline of Research at the Start |
小型化を実現できるため、パワーモジュールの封止技術がゲル封止からエポキシ封止への変化が進んでいる。本研究では、パワーモジュールの金属樹脂の異材界面での相互作用に視点を置き、界面の信頼性劣化のメカニズムを解明することを目的とする。
研究方法としては、各種環境で信頼性試験を行った接合界面について、破壊モードを解明するうえで劣化の原因を評価し、環境に依存した劣化メカニズムを解明する。特に、異相界面での相互作用の理解に向け、ナノレベルでの破断面・界面の解析に注力し、密度汎関数理論（DFT）解析も行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、パワーモジュールの金属エポキシ樹脂の異材界面に視点を置き、界面の信頼性劣化のメカニズムを解明することを目的とする。
レーザー開封により、実際の封止パッケージで金属とエポキシ樹脂の強度を評価できる手法を確立した。銅/エポキシ樹脂の界面に対し、高温放置試験（200℃、1000時間）、温度サイクル試験（-55℃～175℃、500サイクル）、プレッシャークッカー試験（121℃、100％RH、2atm、192時間）、高温高湿放置試験（85℃、85％RH、2000時間）を行い、接合強度の変化を評価した。信頼性実験後、強度の変化を調べるため、銅側、樹脂側の破壊面、接合界面に対し、様々な実験的評価手法と分子動力法を用いて調査した。
実験結果から分かる重要なことは以下になる。（１）高温環境（200℃）において、銅がエポキシ樹脂内部に約100 nm拡散することができる。その拡散によりエポキシ樹脂の高温劣化が加速させ、接合強度に悪い影響を与える。（２）銅が自発的エポキシに拡散することではなく、エポキシ樹脂に含まれる硫黄、塩素の不純物が銅板表面の酸化銅と反応し、銅イオンを生じることにより、拡散が発生する。（３）銅拡散を抑えるため、二つ手法が有効である。硫黄、塩素を含まないエポキシ樹脂を使用する。銅表面の自己組織化分子膜を塗布することによる酸化銅と樹脂中の不純物の接触を遮断する。（４）高湿環境において、エポキシの吸水だけではなく、銅表面の酸化も同時に発生する。総合的な評価が必要である。（５）分子動力法の結果から示すように、酸化銅の結晶方向がエポキシ樹脂との接着に大きく影響する可能性がある。
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