書籍

第1部　 大阪大学　 産業科学研究所　特任准教授　 陳　伝彤　氏
第2部　 ローム株式会社　 研究開発センター/信頼性技術グループ/グループリーダー　 若本　恵佑　氏
第3部　 （株）日本スペリア社　 R＆Dセンター　 熊谷　圭祐　氏

【第1講】
銀焼結接合と新実装材料の開発、構造信頼性評価

【講師】
大阪大学　産業科学研究所　特任准教授　陳　伝彤　氏

【主旨】
　SiCやGaNなどのワイドバンドギャップ（WBG）半導体材料を利用し、省エネ高効率化と小型軽量化の双方を兼ね備えるパワーデバイスの実現には、実装の長期信頼性構築が不可欠である。そのため、WBGパワーデバイスが曝される200℃～300℃の高温度領域でも動作保証する放熱材料、構造、冷却技術の革新的な技術の開発と信頼性評価が必要となる。このテキストでは高耐熱と高熱伝導率の焼結Agペーストを紹介し、異なる異種材との接合の特徴、またそれによる接合構造の新展開、構造信頼性と大面積接合をわかりやすく、解説する。

【キーワード】
WBGパワーモジュール実装技術、異種材界面接合、構造信頼性評価、銀焼結技術、低応力実装構造設計、新型高耐熱高放熱実装材料と技術

【ポイント】
長年WBGパワーモジュールに向けたAg焼結ペースト実装、新規実装材料の開発、性能評価、また実装構造設計と信頼性評価を研究してきたので、講演者はそれらの技術に直接従事した経験があり具体的な課題・展望についての紹介が可能。

【習得できる知識】
SiCやGaNなどのワイドバンドギャップ（WBG）半導体材料を利用し、省エネ高効率化と小型軽量化の双方を兼ね備えるパワーデバイスの実現には、実装の長期信頼性構築が不可欠である。そのため、WBGパワーデバイスが曝される200℃～300℃の高温度領域でも動作保証する放熱材料、構造、冷却技術の革新的な技術の開発と信頼性評価が必要となる。本テキストでは高耐熱と高熱伝導率の焼結Agペーストを紹介し、異なる異種材との接合の特徴、またそれによる接合構造の新展開、構造信頼性結果を纏めて解説する。次世代パワー半導体実装信頼性と新実装材料開発方法の視点から役に立てれると考える。

【プログラム】
1.WBGパワー半導体

　1.1　WBGパワー半導体の特徴

　1.2　WBGパワーモジュールの構造および開発動向

2.高温向けに求める実装技術

　2.1　鉛フリーはんだと固液相接合

　2.2　金属粒子焼結接合

3.銀粒子焼結接合技術と異種材界面の接合

　3.1　銀粒子焼結接合技術の特徴

　3.2　新型ミクロンサイズ銀粒子の低温焼結

　3.3　異種材界面接合とメカニズム

4.低応力発生パワーモジュール構造設計

　4.1　低応力発生パワーモジュール構造必要な実装要素

　4.2　新型低熱膨張係数Ag-Si複合材料の信頼性

　4.3　新型低弾性率Ag-Al複合材料の信頼性評価

5.高放熱パワーモジュール構造の開発

　5.1　オール銀焼結接合の放熱性能評価

　5.2　銀焼結の信頼性評価と劣化特性

6.新型高耐熱高放熱シート接合

　6.1　銀の圧粉材シート接合

　6.2　新型Alシート低温低圧実装技術 

【主旨】
　SiCパワーデバイスは、電力ロスが少ないため。パッケージ品の大電力密度化へ期待されている。この優れたSiCの材料特性を活かすためには、異種材との高耐熱・熱伝導接合が重要になる。さらに、実駆動を模擬した熱信頼性試験後も、特性を保持し続ける必要がある。本テキストは、銀焼成接合材の熱信頼性中の劣化メカニズムに焦点を当て、将来パッケージに必要な設計・評価方法について解説する。

【キーワード】
ワイドバンドギャップ半導体(SiC,GaN), 銀焼成接合, 熱信頼性設計, 破壊メカニズム, 薄膜引張試験技術, 機械疲労曲げ試験技術

【講演ポイント】
著者は、半導体メーカーに勤めながら主に後工程の信頼性設計に携わってきました。特に信頼性設計の土台となる、焼結材の機械特性・組織評価技術について研究をしてきております。実産業へ応用する視点、材料特性を研究する視点、この両方の視点から信頼性設計として本当に考えていかなければならないことについて解説致します。

【習得できる知識】
・接合技術

・接合部の信頼性評価方法

・材料機械特性評価技術

・材料劣化現象の理解

【プログラム】
1.大電力パワー密度パッケージ化へ向けて

　1.1　ワイドバンドギャップ半導体

　1.2　ダイボンディング技術

　1.3　低熱抵抗パッケージ

　1.4　熱信頼性試験後の課題と評価方法

2.銀焼成材の薄膜引張機械特性

　2.1　銀ペースト

　2.2　焼結プロセス

　2.3　銀焼成の空孔組織

　2.4　一軸引張試験

　2.5　破面観察

3.銀焼成接合体の信頼性試験評価

　3.1　信頼性試験評価技術(熱サイクル試験・曲げ試験技術)

　3.2　ダメージパラメータの考え方

　3.3　接合劣化度の分析結果

4.銀焼成材の劣化メカニズム

　4.1　凝集破壊の駆動力

　4.2　空孔成長の駆動力

　4.3　SEM内In-situ引張試験技術

5.結言：熱信頼性試験評価フローの考え方
 

【第3講】
 パワー半導体用銀ペーストの特性と最新動向

【講師】
（株）日本スペリア社　R＆Dセンター　熊谷　圭祐　氏

【主旨】
　高強度・高耐熱・高熱伝導率のダイアタッチ材料として使用され始めた銀焼結接合材は、すでにEV車のPCU等で実用化されている。近年ではんだや熱伝導グリスの代替としてモジュールとヒートシンクの接合や素子上のクリップ接合など，焼結銀接合材が研究・開発されるようになってきた。本テキストでは，銀ナノ粒子接合材を中心に粒子の焼結特性から接合手法，最新の接合材の開発動向等を解説する。

【キーワード】
ナノ粒子，焼結接合，鉛フリー，パワーモジュール，熱電素子

【プログラム】
1.はじめに

　1-1　パワーデバイスの高温動作化

　1-2　高温対応接合材の特徴

2．金属ナノ粒子の特性と焼結メカニズム

　2-1　金属ナノ粒子について

　2-2　保護材の脱離工程

　2-3　焼結メカニズム

　2-4　金属ナノ粒子の焼結プロセスと特性

3.銀焼結接合材のパワーモジュールへの適用

　3-1　無加圧焼結と加圧焼結

　3-2　加圧焼結による接合方法

　3-3　加圧焼結による接合例と注意点

4.銀焼結接合材の用途拡大

　4-1　パワーモジュール以外の利用

　4-2　簡易加圧接合法

　4-3　Niへの接合

5.焼結銀ペーストの開発動向

　5-1　新規開発銀焼結材のご紹介

6.おわりに