2020 Fiscal Year Research-status Report
Development of low temperature low pressure large area heat resistant bonding technology
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19K15046
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
陳 伝とう 大阪大学, 産業科学研究所, 特任准教授(常勤) (50791703)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | アルミシート接合 / パワーモジュール / 高温信頼性 / 大面積接合 / 成膜プロセス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1). 接合面にTi/Ag をスパッタしたDBAとSiCの間にAlシートを挟んで200から350℃までの温度範囲で接合を実施し、Alシート両面にスパッタTiとAg の膜厚はパワーモジュール接合構造の接合強度に与える影響を調査した。Agの膜厚はそれぞれ1ミクロン、2ミクロンと5ミクロンをスパッタで成膜した。結果によりAg の膜厚は大きくなる場合には、加熱接合する際に、Ag表面に生成したヒッロクが大きくなり、より接合することができた。
2). Alシートより熱伝導性と電気特性は優れるCuシートをダイアタッチ接合材料として、SiCとDBC基板のダイアタッチ接合実験を実施した。Cuシート両面にAgだけスパッタ成膜し、またSiCとDBC基板の接合面にAgだけスパッタ成膜し、CuシートとAgスパッタ膜を加熱する際にCu-Ag界面を合金化することで、界面接合させるとの新たな接合技術を提案した。結果により接合構造の接合強度はCu-Ag界面合金化程度に影響を受け、接合温度、特に接合の雰囲気に大きく依存することが分かった。
3). Alシートで5ｍｍ角の SiCダイの大面積接合を実施した。300℃、1MPaの接合条件で、平均31.5MPaの接合強度を得られた。 昨年に評価した5ｍｍ角の SiCダイの面積接合よりやや低くなっているが、大きく変化がなかった。接合強度は接合面積にほぼ依存しないことが分かった。この技術でもっと大きな面積の接合にも利用できると考えられる。5ｍｍ角の SiC接合構造の高温250℃放置信頼性試験を実施し、信頼性について評価した。500時間放置しても接合強度が30.1MPaに維持したため、目標が達成できた。
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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
当初の計画でAlシートのダイアタッチ接合技術で大面積接合でも構造の強度を30MPaに設定したため、今回は31.5MPaの接合強度を得られたため、当初の計画より早めに接合強度との目標を達成できた。また、ステージゲートにおいて耐熱温度の上限200℃を設定し、亀裂の進展および劣化原因を分析するとの目標に対して、250℃までのSiC高温動作を維持するまでに引き上げ、厳しい内部応力が発生する状態で信頼性を評価した。500時間放置しても接合強度が30.1MPaに維持したため、目標がほぼ達成できた。ただし、実用化に近い電解Ni/Ag メッキプロセスでAlシート両面に成膜し、接合構造の作製と接合強度の評価はて遅れたため、評価ができなかった。
また、Alシートより熱伝導性と電気特性は優れるCuシートを利用して、SiCとDBC基板のダイアタッチ接合実験を実施した。両面にTi/Agのスバッタ成膜ではなく、Agだけスパッタ成膜した。またSiCとDBC基板の接合面にもAgだけスパッタ成膜し、CuシートとAgスパッタ膜を加熱する際にCu-Ag界面を合金化することで、界面接合させるとの新たな接合技術を提案した。接合強度はまた20MPa未満であったが、新たな接合手段とメカニズムとして、現在パラメーターなどを調整し、研究に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
1). 実用化に近い電解Ni/Ag メッキプロセスでAlシート両面に成膜し、接合強度を調査する。Agの膜厚はそれぞれ1ミクロン、2ミクロンと5ミクロンを設定する場合に膜厚が接合強度に与える影響を調査する。
2).Cuシート両面、SiCとDBC基板の接合面にAgだけスパッタ成膜し、CuシートとAgスパッタ膜を加熱する際にCu-Ag界面を合金化することで、界面接合させるとの新たな接合技術を研究する。接合温度、圧力、または接合雰囲気の影響を調べ、最適な接合プロセスを取り出し、Cu-Ag界面の合金化および接合強度を評価する。
3). 10x10 mm2 SiCダイで大面積接合を実施する。今まで得られた接合結果と比較し、接合強度が接合面積との寸法効果を評価する。また、大面積接合構造の高温250℃放置信頼性試験と-50～250℃の熱衝撃試験を実施する。1000回温度衝撃試験サイクル後のせん断強度20MPaを目指して、接合界面劣化またはその影響因子を抽出し、評価する。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額が生じた理由は主に下記三つあります。1,SiC,Al,Cuシート、およびDBA,DBC基板の材料費、20万円;2.国内学会、と国際会議をそれぞれ2回に参加するための旅費 50万円; 3.論文の英文校正および掲載料金 30万円
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