三菱マテリアル(株)は、低温で分解する有機分子でコーティングされた銀粒子(以下「新コーティング銀粒子」)を主成分とする焼結型接合材料(図1)を開発し、サンプル出荷を開始した。
 新製品は、ハイブリッド自動車の高出力モーター電源制御用インバータをはじめとする次世代型パワーモジュール向けに採用が期待されている。高出力モーター電源制御用インバータモジュール等の普及が加速する中、200℃以上の高温環境下でも動作可能なSiC(炭化ケイ素)やGaN(窒化ガリウム)等の高温半導体素子(図2)の採用も進んでいる。これらに伴い、同モジュール等に使用する焼結型接合材料についても2025年には70億円/年を超える市場が見込まれている※1。
 高温半導体素子の接合には従来、界面活性剤などでコーティングされた銀粒子を主成分とする焼結型接合材料(以下「従来品」)等が使われているが、従来品には次の問題点があった。
(1)200℃を超える高温での加熱工程が必要であり、周辺部材への悪影響が懸念される。
(2)放熱性や接合信頼性を低下させるボイド※2が少ない接合層を形成するためには、加熱中に高い圧力を加える工程が必要。

今回、同社が開発した新製品は、従来品と同等の接合強度(20MPa以上)と耐熱性(200℃以上)を実現することに加え、前述の問題点を解決する、次の各特性を発揮する。
(1)新製品は、導電性接着剤並みの加熱条件(150℃以上60分)での焼結が可能であり、さらに加圧工程も不要。従来品より、短時間・低温での焼結を実現。
※新コーティング銀粒子を覆う保護剤である有機分子が、加熱により二酸化炭素などに分解し、銀粒子間の焼結反応を促進。
(2)ニーズの高い小型(10mm角以下)の高温半導体素子において、従来品より大幅にボイドが少ない接合層を実現(図3)。

新製品は、以上の優位性により、高い耐熱性と信頼性が求められる次世代パワーモジュール向けの焼結型接合材料としての利用の拡大が見込まれるほか、高い熱伝導率を必要とするLEDチップなどの高発熱素子への応用も期待される。

※1 出典は「2016年版 次世代パワーデバイス&パワエレ関連機器市場の現状と将来展望(株式会社富士経済刊行)」
※2 ボイド:ここでは、接合層内に形成される10μmを超える空隙を差す。ペーストを構成する溶剤の揮発によって発生する。図3(1)で観察される1μm以下の空隙はマイクロボイドと呼び、このボイドとは異なる。

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 08月09コンバーテック8月号(本文32頁)掲載のウイル・コーポレーション/日本HPの記事で、タイトルに一部誤りがありました【訂正PDFはこちら】