パワー半導体用接合材料の開発動向とその信頼性評価

第1部 パワーデバイス向けはんだ接合材料の技術動向と実装プロセス

(2023年2月9日 10:30〜12:00)

　近年のエレクトロニクス製品の発展に伴い、パワーデバイス技術は更なる進化を続けている。それに伴い耐熱性、耐熱疲労特性や実装性といった様々な特性が要求される。 　本講演ではパワーデバイスの実装に求められる様々な特性や課題を解説すると共に、これらの課題を解決するはんだ接合材料・はんだ付けプロセスを紹介する。

1. パワーエレクトロニクス向けはんだ材料の概要
   1. パワーエレクトロニクス技術の進化
   2. パワーデバイス向けはんだ材料に求められる特性
2. はんだ接合材料の技術動向
   1. パワーデバイス向けPbフリーはんだ合金
   2. はんだプリフォーム
   3. 洗浄用はんだペースト
   4. 洗浄レスはんだペースト
3. はんだ付けプロセス
   1. パワーエレクトロニクスにおける実装プロセス
   2. 真空リフローによるボイドフリー実装
   3. ギ酸リフローによるボイドフリー・洗浄レス実装
4. カーボンニュートラルに向けた接合材料の提案
   1. 低融点はんだによる実装プロセス温度の低減
   2. 次世代パワー半導体向けはんだ接合材料
• 質疑応答

第2部 次世代パワー半導体向け銀焼結接合技術の開発と大面積銅接合

(2023年2月9日 13:00〜14:30)

　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°C~300°C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。 　本講演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。

1. WBGパワー半導体
   1. WBGパワー半導体の特徴
   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
   1. 鉛フリーはんだと固液相接合
   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
   1. 銀粒子焼結接合技術の特徴
   2. 新型ミクロンサイズ銀粒子の低温焼結
   3. 異種材界面接合とメカニズム
4. 高放熱パワーモジュール構造の開発
   1. オール銀焼結接合の放熱性能評価
   2. 銀焼結の信頼性評価と劣化特性
5. 大面積接合
   1. 低温低圧大面積Cu-Cu接合
   2. Cu-Cu接合信頼性評価
• 質疑応答

第3部 パワー半導体実装における接合技術・信頼性と特性評価法

(2023年2月9日 14:45〜16:15)

　パワー半導体実装用の接合技術について説明します。近年、従来のはんだに代わり、AgやCuなどの金属粒子を用いた接合技術が開発されてきました。これらは耐熱性が高く、熱特性にも優れます。 　本講座では、その概要と具体的な研究例について述べます。また、種々の接合材料の性質を比較するための特性評価法についても紹介します。この分野は必要性が先にあり、機械・電気・材料など、さまざまなバックグランドの技術者が研究開発に携わってきました。専門家という人はなく、いろんな技術分野の方々が協力して進化してきました。

1. 自動車の電動化とパワー半導体
2. パワー半導体実装用接合技術
   1. 接合に求められる要件
   2. 接合技術の概要
3. Cuナノ粒子接合
   1. 熱特性
   2. 信頼性
4. 接合材料の特性評価法
   1. 物性値取得
   2. 信頼性評価
5. まとめ
• 質疑応答