パワーデバイスの高耐熱接合技術と信頼性評価

1. パワーモジュール用絶縁回路基板へのAg焼成膜形成とダイボンディング技術

(2015年10月29日 10:30〜12:00)

　近年、SiC等を中心とした高温半導体パワーデバイスの開発が盛んに行われている。高温半導体のメリットを最大限に発現するためには、デバイスを高温環境下でも正常に動作させることが不可欠であるが、材料の耐熱性向上や熱応力低減など、実装技術における課題が山積している状況である。 　本講演では、高温環境下での高信頼性化を実現するためのパワーモジュール実装技術として、Ag焼成膜付きDBA基板の紹介をする。パワーモジュールの高信頼性化には、単にモジュールの構造を改良するだけでなく、材料の物性や欠陥制御などの材料科学的な視点が極めて重要であることを、多くの解析事例を踏まえながら説明し、Ag焼成膜付きDBA基板の優位性だけでなく、Agダイボンディングプロセスにおける留意点についても言及する。

1. 高温半導体を用いたパワーモジュールの技術課題
   1. パワーモジュールの構造
   2. パワーモジュールに要求される機能
   3. 高温半導体のメリット
   4. 高温半導体の実装技術の課題
2. パワーモジュール用絶縁回路基板:DBC基板とDBA基板の比較
   1. 冷熱サイクル信頼性の比較
   2. 計算機シミュレーションによる解析
      • CuとAlの物性比較
      • セラミックス内の熱応力
      • はんだ内の累積歪量
   3. 高温動作における信頼性比較
3. Ag低温焼結技術を用いたダイボンディング技術
   1. ナノAgペーストを用いたダイボンディング
   2. サブミクロンAg粉を用いたダイボンディング
   3. 酸化銀還元法によるダイボンディング
4. Ag焼成膜付きDBA基板の開発
   1. Agめっき代替技術のニーズ
   2. ガラスフリット入りAgペーストの適用
   3. ペースト組成の最適化
   4. アルミニウム回路上への接合機構
   5. 信頼性評価
      • 冷熱サイクル試験
      • パワーサイクル試験
      • 電気抵抗
• 質疑応答

2. SiCパワーデバイスへ向けた接合材料の開発動向と信頼性

(2015年10月29日 12:45〜14:15)

インバータ等に用いられるパワー半導体デバイスは、SiCやGaNを用いたものが量産される状況になってきました。これらのデバイスは、200℃以上の高温動作の可能性がありますが、それを実現させる接合技術には、従来とは異なる技術が必要です。本日は、Cuナノ粒子接合を中心とした新規な接合技術に関して説明します。

1. 自動車の電動化
2. 次世代パワー半導体
3. パワー半導体用接合技術
   1. 接合技術に求められる要件
   2. 接合技術の概況
   3. Alワイヤボンディング
   4. Zn系はんだ
   5. CuSn合金接合
   6. Cuナノ粒子接合
      • 接合原理、材料
      • 熱特性
      • 信頼性
4. まとめ
• 質疑応答

3. 次世代パワーデバイスの高温接合と接合材料技術

(2015年10月29日 14:30〜16:00)

次世代パワーデバイス、即ちSiCやGaN等のワイドバンドギャップ半導体を用いたパワーデバイスが注目されている。既に市場に投入され始めてはいるものの、その性能を十分に発揮するためには、従来のSiデバイスよりはるかに高い温度の耐熱実装技術が求められており、新しい視点でのパッケージング設計が必要となる。また、パワーデバイスにも鉛フリー化の波が押し寄せてきている。本講演では、最新の鉛フリー高耐熱接合技術の開発状況を中心に、250℃耐熱を目指して進んでいるパワー半導体実装技術について解説する。

1. 序論
   1. ポストSi次世代パワー半導体
   2. ワイドバンドギャップ半導体の利点
   3. SiC, GaNウェハ製造技術の現状
   4. デバイス製造技術の現状
   5. 次世代パワー半導体に求められる実装技術
   6. 鉛フリー化の波
2. 高耐熱パワーデバイス実装技術概論
   1. 高耐熱化実装とは
   2. ダイアタッチ接合
   3. 基板・リードフレーム
   4. 配線とモールド材料
3. 焼結金属接合:特に銀ペーストについて
   1. 材料とプロセス
   2. 熱・機械物性
   3. 焼結接合の原理
4. まとめ:次世代パワー半導体と高耐熱実装技術の普及に向けて
• 質疑応答