| 研究課題/領域番号 |
17K06371
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| 研究機関 | 群馬大学 |
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研究代表者 |
荘司 郁夫 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (00323329)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 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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| 研究実績の概要 |
前年度までの研究にてはんだ接合部中におけるピラー状IMCの生成条件を明らかにしたSn-Ag-Cu-In系ピラー状IMC分散はんだ接合部のパワーサイクル寿命を評価するために、パワーサイクル模擬試験を実施した。パワーサイクル負荷条件として、100℃から200℃の温度域とし、100℃から200℃までの昇温時間を2秒、その後100℃までの冷却と保持を含めて18秒とする温度プロファイルとした。比較材として、既存のSn-3Ag-0.5Cuはんだ、本研究で新規に開発した優れた高温疲労特性が期待されるSn-Sb-Ni系はんだによる接合体も評価した。Sn-3Ag-0.5Cuはんだについては、ピラー状IMCの生成があまり期待されない既存の鉛フリーはんだ実装にて使用される接合条件にて接合した。接合体にはCu板とSiチップ（Ti/Ni/Auめっき）を用いた。その結果として、100℃と200℃間のパワーサイクル条件下では、Sn-Sb-Niはんだがき裂進展に対する優れた抑制効果を示すことを明らかにした。また、破壊モードとして、Sn-Ag-Cu系では接合界面が、Sn-Ag-Cu-In系では接合界面に加え、結晶粒界に沿って亀裂が垂直方向に進展する縦割れ現象も顕著になることが明らかとなった。同様の評価を新規に開発中のSn-Sb-Ag-Ni-Ge系はんだに実施したところ、更に優れた耐き裂進展性が得られる可能性が示唆された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
これまでの成果にて、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、新規はんだ材としてSn-Sb-Ni系鉛フリーはんだを新たに開発し、その接合部がパワーサイクル環境下において良好な耐き裂進展性を示すことを明らかにした。今後は、き裂進展則の確立を目指す。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究の遂行により、パワーサイクル模擬試験の試験方法も確立し、新規はんだ合金材としてSn-Sb-Ag-Ni-Ge系はんだの有効性も明らかとなった。最終年度は、新規はんだ合金材によるSiチップとCu基板との接合体を製作し、接合部におけるき裂進展則を調査する。さらに、近年パワー半導体の実装体において問題となってきたCuあるいはSi基板上に施されるNi-Pめっき層のパワーサイクル寿命への影響も明らかにする予定である。
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