はんだ材料に「常温で液体の金属Gaを用い、「低温(約50℃)実装でき,熱疲労破壊しないはんだ接合部」を創成することが目的である。主に、「脳コンピュータ等の次世代ロジック半導体」や「車載用等のパワー半導体」の接合技術への応用を視野に入れている。 解決する課題は、ロジック半導体において「微細化が加速するフリップチップ接合部」やパワー半導体において「高温化が加速する接合部」の本質的な信頼性課題である「熱疲労サイクル寿命」を長くすることである。 本研究では次を明らかにすることを目指した。1.Gaの電気抵抗の温度特性と過冷却特性、 2.Gaと電極(Cu、Ni、W)界面の高温保持時の反応挙動、 さらに、3.近年問題になっているエレクトロマイグレーション(EM)挙動 本研究では次の成果を得た。1.-40℃から200℃の範囲で,同一Gaサンプルの電気抵抗の連続測定方法を考案し、設計に必要な基本データを得た。Gaの過冷却特性を実測し、融点以下で液体状態を維持する接合部を示した。 2.Gaと電極材料(Cu、Ni、W)の接合プロセスを示した。150℃と200℃の高温放置試験を実施し,長期信頼性の決め手になる「界面の反応物とその成長特性」と「Sn系はんだより数倍早い電極溶解特性」を明らかにした。後者に対し、計画外項目として,「Gaに溶解しない電極構造」の可能性を試験で示した。 3.低抵抗を実現する伸縮可能なGa含侵Cu材料を目指し,純度99%以上の微細Cuデンドライトを形成する工程を示した。 4.EM起因で,Cu/Ga/Cu接合部はGa-Cu合金の固体になる可能性を示した。 5.エレクトロケミカルマイグレーションが起因するGa-Ga電極間の絶縁抵抗劣化時間は,Cu-Cu電極間の場合と同等か長い可能性を示した。(計画外項目) 6.Gaを用いた低温固体接合部形成プロセスの可能性を示した。(計画外項目)
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