パワー半導体実装材料の開発と接合部の信頼性評価

第1部 銀焼結接合と新実装材料の開発、構造信頼性評価

(2024年4月11日 10:30〜12:00)

　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。この講座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。

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. 銅ペーストと銅ー銀ペースト接合
   1. 銅ペースト焼結と性能評価
   2. 新型銅ー銀複合ペースト焼結接合
5. 新型銀ーアルミ複合ペースト焼結接合
   1. 新型銀ーアルミ複合ペースト構造信頼性
6. 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
7. 大面積Cu-Cu接合
   1. 低温低圧大面積Cu-Cu接合
   2. Cu-Cu接合高温信頼性評価
• 質疑応答

第2部 SiCデバイス接合へ向けた銀焼成接合材の機械特性評価

(2024年4月11日 13:00〜14:30)

　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、実駆動を模擬した信頼性試験後も、特性保持し続ける必要がある。本講座は、銀焼成材の熱信頼性に焦点を当て、将来の新パッケージに必要な評価方法について説明する

1. 大電力パワー密度パッケージ化へ向けて
   1. ワイドバンドギャップ半導体
   2. ダイボンディング技術
   3. 低熱抵抗パッケージ
   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
   1. 銀ペースト
   2. 焼結プロセス
   3. 銀焼成の空孔組織
   4. 一軸引張試験
   5. 破面観察
3. 銀焼成接合体の信頼性試験評価
   1. 信頼性試験評価技術 (熱サイクル試験・曲げ試験技術)
   2. ダメージパラメータの考え方
   3. 接合劣化度の分析結果
4. 銀焼成材の劣化メカニズム
   1. 凝集破壊の駆動力
   2. 空孔成長の駆動力
   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
• 質疑応答

第3部 半導体バンプレス接合における高耐熱樹脂の開発

(2024年4月11日 14:45〜16:15)

　現在の半導体のバンプレス接合は大きく分けて2つにある。1つは接着剤を使わない直接接合方式、もう1つは接着剤を使った接合方式である。接着剤を使わない接合方式では非常に高度な平坦化技術と異物管理が必要であることに対して、接着剤を使った接合方式では、これらの高度なプロセス要求が不要である。一方で、接着剤に対する要求レベルは高く、特に耐熱性に対する要求値は一般的な有機樹脂では対応できないレベルである。 　ここでは、半導体のバンプレス接合用途に向けた耐熱性樹脂の設計、評価など材料開発の基礎知識と、具体的な評価例について解説する。

1. はじめに
   1. バンプレス接合における耐熱性の重要性
   2. 耐熱性の基礎知識
   3. 耐熱性の評価方法
2. 高耐熱性樹脂の設計
   1. 一般的な樹脂の耐熱性
   2. 高耐熱性樹脂の設計指針
   3. 高耐熱性樹脂の耐熱性
3. デバイス応用を見据えた評価
   1. 半導体バンプレス接合用途のための評価項目
   2. 耐熱性評価の具体例
• 質疑応答