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Development of highly heat-conductive and low stiffness joint utilizing anisotropic microcomposite structure

利用各向异性微复合结构开发高导热低刚度接头

基本信息

批准号：
22K20480
负责人：
巽裕章
金额：
$ 1.83万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-08-31 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K20480/
关键词：
半導体実装複合材はんだ熱伝導性ポーラス材料剛性

项目摘要

電力制御用パワー半導体に対して、大電流に対応するための高電流密度化の要求が高まっている。そのため、パワー半導体内部の半導体チップと回路基板をつなぐ接合部には、熱を逃がす高熱伝導性と熱ひずみを緩和する低剛性の両立が求められている。本研究では、接合部の内部に異方的な微細複合構造を創出することによって、狙った特性を狙った方向に発現させる新規接合プロセスの提案と、微細複合構造の設計指針を得ることを目的としている。具体的には、一方向性貫通孔を有するCu箔（ロータスCu箔）とSn基はんだを複合化する接合プロセスの開発と、得られた構造が熱的・機械的特性に及ぼす影響を明らかにする。本年度は、被接合部材間にロータスCu箔とはんだ箔を挟みこみ、ロータスCu箔の気孔にはんだを溶融浸透させることによって、一方向に優れた熱伝導率を示す接合プロセスを考案した。このとき、接合部の内部の欠陥（ボイド）を十分に低減することが重要である。今回考案した手法では、はんだが溶融浸透する際の周囲の圧力を下げることにより、残留する気泡を積極的に接合部の外へ排出することが有効であることを見出した。加えて、接合温度、はんだの体積、およびロータスCu箔の形態が、接合後のボイド率、はんだ層の厚さ、微細構造、およびせん断強度に及ぼす影響を明確化した。以上の各種パラメータを統合的に制御することによって、はんだ単体の熱伝導率(55 W/m K)の約3倍に相当する、151 W/m Kの熱伝導率を得ることに成功した。このことにより、従来のはんだ付と同様に簡便で、かつ非常に良好な熱伝導性を示す接合手法として期待できることを示した。

The requirements for high current density are high for semiconductor power generation and high current density. The semiconductor circuit board inside the semiconductor circuit board has a high thermal conductivity and a low rigidity. This study aims to develop new design guidelines for micro-composite structures in different directions of joints. Specifically, there are directional through-holes in Cu foil, Sn base, and composite joints, and thermal and mechanical properties of the structure. This year, the joint parts of the Cu foil, the Cu foil, the Cu foil The inner part of the joint is very low. The pressure of the melt permeates the air and the residual air bubbles are discharged from the joint. The influence of temperature, bonding temperature, volume, morphology, thickness, microstructure, breaking strength and thickness of Cu foil after bonding is clarified. The thermal conductivity (55 W/m K) of the above components is about 3 times that of the thermal conductivity (151 W/m K) of the above components. This is a very good way of showing thermal conductivity.