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2015 年度 実績報告書

SiCパワーデバイス用高機能樹脂/金属異相界面の創製

研究課題

研究課題/領域番号 24560396
研究機関群馬大学

研究代表者

荘司 郁夫  群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (00323329)

研究分担者 小山 真司  群馬大学, 大学院理工学府, 助教 (70414109)
研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2016-03-31
キーワード樹脂実装 / パワー半導体 / 異相界面 / 密着強度
研究実績の概要

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。

  • 研究成果

    (2件)

すべて 2015

すべて 学会発表 (2件) (うち招待講演 1件)

  • [学会発表] 電子実装接合部の信頼性と熱疲労寿命評価・長寿命化2015

    • 著者名/発表者名
      荘司郁夫
    • 学会等名
      日本テクノセンターセミナー
    • 発表場所
      日本テクノセンター研修室(東京都新宿区)
    • 年月日
      2015-12-11 – 2015-12-11
    • 招待講演
  • [学会発表] アンダーフィル用樹脂材料の機械的特性に及ぼす添加剤の影響2015

    • 著者名/発表者名
      荘司郁夫
    • 学会等名
      スマートプロセス学会エレクトロニクス生産科学部会樹脂実装研究会講演会
    • 発表場所
      エレクトロニクス実装学会会議室(東京都杉並区)
    • 年月日
      2015-10-15 – 2015-10-15

URL: 

公開日: 2017-01-06  

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