Development of low-temperature low-pressure large-area bonding technology by high heat-resistant and high-heat dissipation Ag solid porous materials

高耐热高散热Ag固体多孔材料低温低压大面积键合技术开发

• 批准号: 22K04243
• 负责人: 陳 伝とう
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04243/
• 关键词: Ag シート接合; 短時間焼結; 高放熱; 信頼性評価; パワーモジュール構造; 低温低圧接合技術; Ag粒子圧粉材; 大面積接合; 高放熱モジュール; 多素子実装

本研究開発では次世代パワー半導体の超低損失素子の特長を活かした小型・低消費電力の電力変換器を広い範囲で実用化するための基盤実装技術として、有機溶剤を一切使用せずに、短時間でミクロンサイズの粒子を加圧することにより高放熱のマイクロポーラス圧粉材を開発し、新規低温低加圧下で圧粉材接合の要素技術を確立した。Ag粒子の圧粉材の作製プロセスが検討され、わずか60秒程度の粒子の加圧、加熱により300 W/mKに近い高放熱Agポーラスシートを実現している。また、Agの圧粉材研磨層接合界面は広い面積でもほぼ隙間のない接合を確認している。300℃、4MPa, 60秒短時間での加熱加圧条件でSiC/Cu基板との接合構造は50MPa以上のせん断強度が得られた。EBSD表面解析の結果により、表面研磨する際に銀表面に薄いナノ層とナノ結晶構造が形成され、短時間で界面拡散することができ、界面接合が可能となると考えられる。本研究の圧粉材の低温低圧焼結技術では接合材料開発の低コスト化・短周期化と製造プロセスの簡単化が実現可能と期待される。

在本次研究开发中，我们将开发一种基本安装技术，利用下一代功率半导体的超低损耗元件的特性，不使用任何有机溶剂，将各种紧凑、低损耗的器件投入实用。通过在短时间内压缩微米级颗粒，我们开发了一种具有高散热性的微孔粉末压块，并建立了一种在低温和低压下连接压块的新基本技术。研究了压实银颗粒的生产工艺，并通过在短短 60 秒内对颗粒进行加压和加热，实现了散热量接近 300 W/mK 的银多孔片。此外，我们确认Ag压粉抛光层之间的结合界面即使在大面积上也几乎没有间隙。在300℃、4MPa、60秒的加热和压制条件下，与SiC/Cu衬底的接合结构的剪切强度达到了50MPa以上。 EBSD表面分析结果表明，在表面抛光过程中，银表面形成了薄的纳米层和纳米晶体结构，并且可以在短时间内扩散到整个界面，从而使界面结合成为可能。本研究开发的压实粉末材料低温低压烧结技术有望降低粘结材料的开发成本并缩短开发周期，并简化制造工艺。

项目成果

Novel Al /AlN bonding by micro-sized Ag particles sinter joining in low temperature low pressure air conditions

在低温低压空气条件下通过微米级银颗粒烧结连接实现新型 Al/AlN 接合

• 发表时间: 2023
• 作者: Chuantong Chen ;Yang Liu;Minoru Ueshima;Katsuaki Suganuma
• 通讯作者: Katsuaki Suganuma