Development of spontaneous liquid phase infiltration bonding using porous interlayer

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次世代パワー半導体ダイボンド技術として，多孔質材における毛管圧力を駆動力とした液体の浸透現象を活用した新規接合法の開発を目的としている．本年度は主に銅およびアルミニウムの多孔質体の創製と各種すず合金の浸透性を評価し，接合性への材料および多孔質構造の影響を検討した．【多孔質体の作製】銅およびアルミニウムの多孔質体を粉末冶金法によって作製し，粉末径および焼結条件に対する多孔質構造の変化を調べた．またスペーサ法ならびに粉末床溶融焼結法を用いて空隙率の大きな銅およびアルミニウム多孔質体の創製をそれぞれ試みた．焼結条件および材料の選定によって，銅多孔質体の空隙率は13.7%～26.7%，空孔径は4.9～12.5μmまで変化させることが可能となった．アルミニウムに対しては粉末床溶融結合法によって微小凹凸を表面に付与することができた．【多孔質体における浸透現象】多孔質銅へSn-Bi，Sn-Ag-Cu（SAC），Sn-Pb，およびSn-Zn-Biソルダペーストを溶浸させた．Sn-Znソルダ以外はすべて多孔質銅へ浸透し，浸透性が各種ソルダの毛管圧力に依存することが示された．溶融ソルダの浸透速度はルーカスウォッシュバーンの式で見積もられる速度に比して遅く，等温凝固の進行とともに減速することが明らかになった．【銅の接合】多孔質銅を被接合銅間に挿入し，そこにSn-Znソルダ以外の3種類のソルダを浸透させた場合，いずれも銅同士の接合が可能となった．浸透したSACソルダは骨格を形成する銅と反応し，Cu-Sn系IMCを形成した．接合層は銅とIMCが絡み合う構造となり，50MPaを超える接合界面せん断強度が得られた．一方，Sn-Biを浸透させた接合部は，優先的にSnと銅が反応するため，接合界面に脆弱なBiリッチ相が生成し，低接合強度となった．