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[書籍] パワーモジュールの高性能化を支える高耐熱・高信頼性材料と実装技術

[書籍] パワーモジュールの高性能化を支える高耐熱・高信頼性材料と実装技術
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[書籍] パワーモジュールの高性能化を支える高耐熱・高信頼性材料と実装技術

商品情報

著者情報 郷司 浩市(株)P-SAT
木村 章則三菱ケミカル(株)
橋爪 二郎ヘッセ・メカトロニクス・ジャパン(株)
澤村 敏行三菱ケミカル(株)
菊池 真司千住金属工業(株)
野村 和宏NBリサーチ
古澤 彰男パナソニックホールディングス(株)
池本 裕(株)クオルテック
石谷 伸治パナソニックホールディングス(株)
小柴 悠資(株)クオルテック
高尾 蕗茜パナソニックホールディングス(株)
薬丸 昇(株)クオルテック
山内 真一三井金属鉱業(株)
今田 敬宏(株)クオルテック
服部 隆志三井金属鉱業(株)
小松 泰之(株)クオルテック
渡邉 和也ピンク・ジャパン(株)
植木 竜佑(株)クオルテック
加納 裕也ゼストロンジャパン(株)
長谷川 将司(株)クオルテック
那波 隆之東芝マテリアル(株)
大矢 怜史(株)クオルテック
Simon MerkertPINK GmbH Thermosysteme
大橋 東洋三菱マテリアル(株)

発刊日

2023年10月27日

体裁

B5判並製本 196頁

発行

サイエンス＆テクノロジー株式会社

I S B Nコード

978-4-86428-312-0

Cコード

C3058

内容情報

目次
第1章 パワーモジュールの実装技術動向と各種モジュール構造
1. ウェッジボンディングワイヤ
1.1 Cuワイヤボンディング
1.2 Al/Cuワイヤ・Al合金ワイヤ
1.3 ボンディングワイヤを用いない低インダクタンス構造
2. ダイアタッチ材料
2.1 DA5（Die Attach 5）コンソーシアムで検討されている高温Pbはんだ代替材料
2.2 Ag焼結接合
2.3 Cu焼結ペースト
3. 絶縁回路基板とパワーモジュール構造
3.3 絶縁樹脂を用いた回路基板
3.4 絶縁回路基板を用いないL/Fベースの間接液冷モールドパッケージ（三菱電機，デンソー）
3.5 絶縁回路セラミック基板を用いた両面間接液冷構造（Infineon Technologies，onsemi，BorgWarner）
3.6 絶縁樹脂シートを用いた両面直接液冷構造（日立Astemo）
3.7 モールド封止材料

第2章 高耐熱・高信頼性実装のための材料とプロセス技術動向
第1節 ワイヤーボンディングプロセスの開発動向
はじめに
1. ウェッジボンディングとは
1.1 接合技術
1.2 トランスデューサーの例
1.3 ワイヤーボンドの例
1.4 ウェッジボンディングの現状
2. 銅太線ボンディング
2.1 銅太線ボンディングの実際
2.2 加熱によるボンディングサポートとその適用方法
2.3 レーザーソニックプロセスの概要
2.4 レーザーソニックプロセスの効果
おわりに
第2節 ダイアタッチ材料と接合技術動向
[1]パワーデバイス向けはんだ材料・Ag焼結材料の現状と展望
はじめに
1. パワーデバイスに使用されるはんだ
1.1 現代社会とパワーデバイス
1.2 パワーデバイスにおけるはんだの用途
1.3 ダイアタッチ用はんだへの要求特性
1.4 はんだの供給形態とそれぞれの特徴
1.5 Si半導体からWBG半導体へ
1.6 WBG半導体時代に向けたパワーデバイス用接合材料
2. Pbフリーはんだへの取り組み
2.1 SnPb時代からPbフリー時代へ
2.2 高温はんだにおけるPbフリー化の現状と方針
2.3 Sn-10Sbはんだによるステップソルダリング
2.4 高温Pbはんだ代替　SnSbAgCuはんだ
2.5 Sbへの認識
3. パワーデバイス用はんだ製品の展開
3.1 はんだ製品への要求
3.2 ボイド抑制ソルダペースト
3.3 洗浄性向上ソルダペースト
3.4 還元ガスリフロー対応ソルダペースト
3.5 真空リフロー炉
3.6 低残渣ソルダペースト
3.7 Niボール入りはんだ
4. Ag焼結材料
4.1 Ag焼結材料の性質
4.2 Ag焼結ペーストによる実装
4.3 無加圧マイクロAg焼結ペースト
おわりに
[2]高耐熱ナノソルダー接合材料
はじめに
1. 短時間焼結ナノソルダー接合材料
1.1 材料設計
1.2 接合検証
2. 高品質ナノソルダー合成技術
2.1 ナノ粒子合成技術
2.2 ナノ粒子品質
3. ナノソルダー量産技術
3.1 ナノソルダー製造プロセス
3.2 ナノソルダー製造装置
おわりに
[3]パワー半導体接合用焼結銅ペースト
はじめに
1. 接合プロセスについて
2. 銅ペーストの初期接合特性
2.1 接合体の作製プロセス
2.2 評価結果及び考察
3. 銅ペーストの信頼性評価
3.1 パッケージ評価の重要性
3.2 評価用パッケージの作製プロセス
3.3 信頼性評価
3.4 結果及び考察
おわりに
[4]パワーエレクトロ二クスデバイスの加圧焼結プロセス及びシンタリング装置
1. パワーエレクトロニクスモジュールの焼結について
1.1 焼結の定義
1.2 材料と予備焼結プロセス
1.3 はんだ付けと比較した焼結の利点
2. 焼結の原動力
2.1 大量移動メカニズム
2.2 焼結プロセス
3. PINK社製シンタリング装置
3.1 SIN20 研究開発用シンタリング装置
3.2 大量生産向けモジュール型 SIN200+
3.3 正確な雰囲気制御のための真空チャンバー
3.4 PINK社の高い柔軟性と信頼性を持ったソフトツール
[5]焼結接合（シンター接合）デバイスで求められる洗浄技術
はじめに
1. 焼結接合デバイスにおけるコンタミネーションの形成と残留の影響
1.1 焼結剤成分由来のコンタミネーション【有機物残渣】
1.2 残留した場合の影響【有機物残渣】
1.3 接合プロセス起因で生じるコンタミネーション【銅酸化物・シート成分の付着】
1.3.1 AMB/DCB ( Active Metal Brazing/Direct Copper Bonding)基板の表面酸化
1.3.2 樹脂シートからの混入
1.4 残留した場合の影響【銅酸化物・シート成分の付着】
1.5 目には見えないコンタミネーション【イオン】
1.6 残留した場合の影響【イオン】
1.7 はんだ接合における洗浄（フラックス洗浄）との相違点
2. 洗浄剤と洗浄方式の選定
2.1 洗浄剤に求められる基本特性
2.2 高極性溶媒の適用
2.3 洗浄剤に求められる環境適正
2.4 洗浄方式による差異
2.5 超音波洗浄における課題。「置換性」と「部材ダメージ」
2.6 スプレー洗浄機の形態
3. 洗浄後の清浄度分析
3.1 清浄度分析の手法
3.2 FT-IR（フーリエ変換赤外分光光度計）分析
3.3 基板表面の観察
3.4 IC分析
3.4.1 ROSE Testとの相違
3.4.2 IC分析の基準値
4. 洗浄事例
5. 今後の焼結接合技術の発展と洗浄の在り方
第3節 絶縁回路基板の技術動向
[1]窒化ケイ素製銅回路基板（SiN-AMC/AMB基板）
はじめに
1. 窒化ケイ素セラミックスの高熱伝導化
1.1 窒化ケイ素の特徴
1.2 高熱伝導化のポイント
2. 高熱伝導窒化ケイ素を適用した銅回路基板の開発
3. 窒化ケイ素基板の諸特性
3.1 高熱伝導窒化ケイ素基板適用時の熱抵抗特性
3.2 熱疲労特性
3.3 曲げ強度・最大たわみ量
3.4 電気絶縁特性
3.4.1 耐電圧
3.4.2 V-t特性
3.4.3 体積固有抵抗の温度依存性
3.5 窒化ケイ素製銅回路基板としての線膨張係数
4. 高熱伝導窒化ケイ素基板の適用事例
4.1 多様化する実装形態への適用
4.2 次世代半導体素子実装への適用
おわりに
[2]DBA(Direct Bonded Aluminum)基板
はじめに
1. DBA基板の特長
2. DBA基板を支えるセラミックスと金属の接合技術
3. DBA基板の高性能化に向けた開発
3.1 DBAC基板
3.2 Ag焼成膜付きDBA基板6)
4. 今後に向けた開発の方向性
[3]パワーデバイス用高放熱絶縁シートと実装技術評価
はじめに
1. 金属放熱基板の特徴
1.1 金属放熱基板とセラミック基板の比較
1.2 金属放熱基板を用いた新規モジュール構造
2. 当社独自技術による高放熱絶縁シートの特徴と優位性
2.1 絶縁放熱シートにおける従来課題
2.2 独自開発フィラーによる高性能絶縁シートの実現
2.3 高リフロー耐性による基板信頼性向上
2.4 評価モジュールでの熱抵抗測定結果の比較
3. 更なる高性能な放熱絶縁シートの開発進捗
おわりに
第4節 パワーモジュール用封止材料の要求特性と材料設計
はじめに
1. パワーモジュールの技術動向
1.1 適用用途
1.2 技術トレンド
2. パワーモジュール封止材
2.1 封止樹脂設計の基本
2.2 封止樹脂の要求特性
3. 封止樹脂の今後の技術展望

第3章 パワーデバイスのパワーサイクル試験と進化する非破壊検査の現状
はじめに
1. パワーサイクル試験
1.1 パワーサイクルとは
1.2 パワーサイクル試験の制御
2. その他の信頼性試験
2.1 温度サイクル試験・熱衝撃試験
3. パワーモジュールの評価解析・故障解析技術
3.1 X線装置による解析
3.2 超音波顕微鏡の構造解析への利用
4. 今後考えられる劣化現象（サーモマイグレーション）
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