Development of spontaneous liquid phase infiltration bonding using porous interlayer

使用多孔夹层的自发液相渗透粘合的发展

• 批准号: 21H01636
• 负责人: 福本 信次
• 金额: $ 10.15万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01636/
• 关键词: 多孔質; 毛細管現象; 浸透; 液相; 接合; 毛細管; 多孔質体; 連続孔; すず合金; 銅; 浸透現象

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．

Next generation パ ワ ー semiconductor ダ イ ボ ン ド technology と し て, porous qualitative material に お け る capillary pressure を 駆 power と し た の saturated phenomenon を use し た new rules by legal の open 発 を purpose と し て い る. This year は main に copper お よ び ア ル ミ ニ ウ ム の porous plastid の created various す と ず alloy の を soak review 価 し, joint sex へ の material お よ び の porous structure affect を beg し 検 た. 【 】 the porous plastid の cropping copper お よ び ア ル ミ ニ ウ ム の porous plastid を powder metallurgy method に よ っ て cropping し, powder diameter お よ び 焼 knot conditions に す seaborne る の porous structure - the を adjustable べ た. ま た ス ペ ー サ method な ら び に powder bed melt 焼 を "method with い て voids の big き な copper お よ び ア ル ミ ニ ウ ム porous plastid の created を そ れ ぞ れ try み た. の 焼 knot conditions お よ び materials selected に よ っ て, copper porous plastid の は air void of 13.7% ~ 26.7%, empty aperture は 4.9 ~ 12.5 microns ま で variations change さ せ る こ と が may と な っ た. ア ル ミ ニ ウ ム に し seaborne て は powder bed in combination with melt に よ っ て small concave and convex surface に を give す る こ と が で き た. 【 porous plastid に お け る penetration phenomenon porous copper へ Sn - Bi, Sn - Ag - Cu (SAC), Sn, Pb, お よ び Sn - zinc - Bi ソ ル ダ ペ ー ス ト を leaching さ せ た. Outside of Sn - zinc ソ ル ダ は す べ て へ saturated porous copper し, soak が various ソ ル ダ の capillary pressure に dependent す る こ と が shown さ れ た. Melt ソ ル ダ の penetration velocity は ル ー カ ス ウ ォ ッ シ ュ バ ー ン の type で see product も ら れ に る speed than し て 遅 く, isothermal solidification の for と と も に deceleration す る こ と が Ming ら か に な っ た. Porous copper copper junction の 】 【 を by bonding between copper に scions into し, そ こ に Sn - zinc ソ ル ダ outside の 3 kinds の ソ ル ダ を soak さ せ た occasions, い ず れ も copper with James の joint が may と な っ た. Soak し た SAC ソ ル ダ は bone を form す る copper と anti 応 し, Cu - Sn IMC を form し た. Joint copper layer は と IMC が collaterals み close う tectonic と な り, 50 mpa を super え る joint interface せ ん が breaking strength to ら れ た. Side, Sn - Bi を soak さ せ た joints は, priority に Sn と copper が anti 応 す る た め, joint interface に fragile な Bi リ ッ チ が generate し, low bonding strength と な っ た.

项目成果

すず合金溶浸による銅の液相拡散接合

锡合金渗透铜液相扩散接合

• 发表时间: 2022
• 作者: Nanami Teramachi;Akihiro Koda;Kazuki Ohishi;Yoshifumi Sakaguchi;Yusuke Seto;Takahiro Sakurai;Hitoshi Ohta;and Takashi Uchino;R. Ishikawa;福本信次，黒岩慎太郎，宮島領，松嶋道也
• 通讯作者: 福本信次，黒岩慎太郎，宮島領，松嶋道也

多孔質体への液相浸透現象を利用した銅の接合

利用液相渗透到多孔材料中的铜键合

• 发表时间: 2022
• 作者: 山崎樹;Artoni Kevin R. Ang，平田圭祐;松波雅治;竹内恒博;福本信次，屋金崚太，松嶋道也
• 通讯作者: 福本信次，屋金崚太，松嶋道也

ポーラス銅インサート層を用いた銅の液相浸透接合

使用多孔铜插入层的铜液相渗透接合

• 发表时间: 2023
• 作者: Hajime Kishi;Yutaka Nomura;Ryota Hamano;Ryota Yamada;Satoshi Matsuda;Takeshi Kakibe;Yoshihiro Oka;Yoshiaki Urahama;黒岩慎太郎，宮島領，松嶋道也，福本信次
• 通讯作者: 黒岩慎太郎，宮島領，松嶋道也，福本信次

多孔質体における毛管現象を利用した銅の液相拡散接合

利用多孔材料中毛细管现象进行铜的液相扩散接合

• 发表时间: 2022
• 作者: 高辻陽平;緒明佑哉;今井宏明;福本信次，屋金崚太，松嶋道也
• 通讯作者: 福本信次，屋金崚太，松嶋道也

ポーラス銅への低融点金属の浸透を利用した銅の接合

利用低熔点金属渗透到多孔铜中进行铜连接

• 发表时间: 2022
• 作者: Mekawy Moataz;Hiroi Takashi;Tenjimbayashi Mizuki;Kawakita Jin;宮島領，屋金崚太，松嶋道也，福本信次
• 通讯作者: 宮島領，屋金崚太，松嶋道也，福本信次