2015 Fiscal Year Annual Research Report
ＳｉＣパワーデバイス用高機能樹脂／金属異相界面の創製
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24560396
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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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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小山 真司 群馬大学, 大学院理工学府, 助教 (70414109)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 樹脂実装 / パワー半導体 / 異相界面 / 密着強度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
次世代パワーデバイスとして期待されるSiCパワー半導体モジュールの高効率・高信頼性化の鍵を握る異相（樹脂/金属）界面を対象として、異相界面のマクロ特性出現機構を解明し、高機能相界面の創製を目指した。
樹脂材自身の物性値を調査するために、ビスフェノールF型エポキシ樹脂を母材とする標準材を作製して、硬化物の機械的特性に及ぼす充填剤（フィラー：二酸化珪素）添加量、温度及び時効の影響を調査した。その結果、フィラー添加量の増加に伴い弾性率は増加し破断歪みは減少すること、温度上昇に伴い破断歪みは増加し、特にガラス転移温度（Tg）以上では著しく増加することを確認した。また、85℃の時効では強度よりも破断歪みの劣化が大きく、高温高湿環境（85℃85％R.H.）では強度劣化に及ぼす湿度の影響が大きくなることを示した。
続いて、樹脂材の機械的特性に及ぼすフィラーのカップリング処理の影響について調査し、弾性率及び引張強度は増加するが高温において破断歪みは減少傾向を示すこと、フィラー/樹脂界面の強化によりフィラーの剥離は抑制されるがTg以上ではその効果が低下すること、樹脂材の緩和挙動が変化し貯蔵弾性率の緩和開始時間が長時間側にシフトすることを明らかとした。また、樹脂材の疲労特性が、フィラー添加によるクラック進展抑制効果及びカップリングによる樹脂/フィラー界面の密着力の増加により向上することを解明した。
更に、銅板上に樹脂材の円柱状小突起を作製してせん断強度を測定する手法を開発し、樹脂/銅界面の密着強度に及ぼすカップリング処理の影響を調査した。密着強度は時効および高温高湿環境にて劣化するが、銅板へのカップリング処理および樹脂材へのカップリング剤の添加により、85℃程度までは改善が図られる。しかし、樹脂材のTgを越えた120℃での時効では、500h程度の保持でカップリング効果が失効することを明らかにした。
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