2018 Fiscal Year Research-status Report
ピラー状ＩＭＣ有効分散制御によるパワーデバイス用大面積接合
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17K06371
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| Research Institution | Gunma University |
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Principal Investigator |
荘司 郁夫 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (00323329)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | パワー半導体 / 鉛フリーはんだ / パワーサイクル / き裂進展 / 金属間化合物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、SiCやGaN等の次世代パワー半導体の高温動作達成の鍵を握る耐熱サイクルおよび耐パワー(急加熱急冷)サイクルに優れた接合部の創製を目指す。応募者らが開発したピラー状金属間化合物(IMC)分散接合を研究対象として、ピラー状IMCを効率的に生成する高融点接合材料を創製することを目的とする。さらに、接合材の溶融状態からの冷却過程におけるIMCの核生成・配向メカニズムを解明し、熱・パワーサイクル下でのき裂進展抑制に有効なピラー状IMCの配向分散制御方法、並びにクラック進展則に基づく接合部の寿命評価手法の確立を目指す。H29年度は、NiめっきCu板とCu板およびCu板同士をSn-Ag-Cu-In系鉛フリーはんだを用いて300℃10min条件にて冷却速度0.2～0.02℃/sの条件にて接合し、先行研究と比較することにより、冷却速度 1℃/s程度において、ピラー状IMCが出現する過冷度限が存在することを明らかにした。そこでH30年度は、冷却速度1.1～6.0℃/sの条件にて実験を行い、ピラー状IMCの安定生成には、冷却速度3℃/s程度以上が必要となることを明らかにした。また、AuめっきSiチップをCu板上にSn-Ag-Cu-In系鉛フリーはんだにて接合して、パワーサイクル模擬試験(100～200℃、1000サイクル)を実施した。超音波探傷検査装置によるき裂進展度合いの調査より、ピラー状IMCを分散させた接合部では、き裂進展が抑制されることを確認した。さらに、耐熱サイクル性に優れた高温鉛フリーはんだとして、Sn-Sb-Ni系合金の開発を開始した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
冷却速度の設定値として、H29年度は0.2～0.02℃/sまでしか調整ができなかったが、H30年度は、研究協力者の所属機関で所有する還元雰囲気炉を借用することにより、当初の予定通り、1.1～6.0℃/sの範囲までデータを取得し、Sn-Ag-Cu-In系鉛フリーはんだにおけるピラー状IMCの安定生成条件を見出した。また、接合部のパワーサイクル模擬試験により、ピラー状IMCのき裂進展抑制効果を確認することができた。さらに、Sn-Sb-Ni系鉛フリーはんだを新たに開発し、その機械的特性およびパワーサイクル模擬試験を開始しており、おおむね当初の計画通り研究を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
ピラー状IMC分散はんだ接合部のパワーサイクル寿命の評価方法を検討するために、パワーサイクル模擬試験を実施して、き裂の進展挙動を超音波探傷検査装置にて観察する。その結果より、き裂進展則を導き出す。さらに、新たに開発した耐熱高温はんだであるSn-Sb-Ni系合金を用いたSiチップ接合部を対象として、同様の評価を行い、パワーサイクル寿命に優れたはんだ材の開発を目指す。
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Research Products
(4 results)
