2021 Fiscal Year Annual Research 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 / SiC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 |
Alシートのダイアタッチ接合技術で大面積接合構造を評価し、31.5MPaの接合強度が得られた。接合体を-50～250℃の熱衝撃試験で1000サイクルまで実施し、接合界面劣化またはその影響因子を抽出した。1000サイクル温度衝撃試験後のせん断強度は20MPaに減少されたが、従来の鉛フリーはんだより高い信頼性を示された。
また、実用化に近い無電解Ni/Ag メッキプロセスでAlシート両面に成膜し、SiCとDBC基板に挟んで接合構造の作製と接合強度を評価した。接合強度は接合する際に加熱と加圧の大きさに依存し, 2 MPa, 300℃との接合プロセスで32.2 MPaの接合強度が得られた。
さらに、無電解Agの膜厚は接合強度に与える影響を調査した。そのため、無電解Agの膜厚はそれぞれ1,2と５ミクロンを設定され、同じ接合プロセスで接合強度を評価した。Ag膜の厚みによってAg表面の結晶構造と加熱する際に、表面応力の状況が変わったため、接合強度はAg膜の厚みに依存することが分かった。
一方、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だけを成膜した。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、界面に接合させるとの新たな接合技術を提案した。2 MPa, 300℃との接合プロセスで接合強度は25MPaであった。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し、接合界面劣化を分析した。高温中にCu-Ag界面に相互拡散の反応が、Cu表面に酸化層も形成された。また、熱衝撃試験では、接合界面に相互拡散と酸化層の影響でクラックが発生したとの劣化特性が分かった。
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