主要成果
インジウム系熱界面材料（TIM）を用いたAu/Niメッキ銅ヒートスプレッダーとの接合プロセスにおいて、界面で形成される金属間化合物（IMC）の挙動が明らかになりました。具体的には、AuIn 2と(Ni,Au) 3 In 7という2つのIMCが特定され、リフロー温度および時間の変化に応じて、これらが相関しながら進化することが示されました。
技術・詳細
本研究では、165 °C、185 °C、205 °Cの3つの温度条件下でリフロー試験を実施し、接合界面の観察を行いました。その結果、低温域ではAuIn 2の粒子面積がリフロー時間とともに増加しましたが、温度が上昇し時間が経過するにつれてAuIn 2は減少し、代わりに連続的な(Ni,Au) 3 In 7層の成長が促進されることが確認されました。
また、(Ni,Au) 3 In 7層の成長速度論を解析するため、放物線成長モデルを適用しています。特に、すべての温度・時間条件を同時に解析する「シングルステップ・グローバルフィッティング法」を採用したことで、以下の数値を導き出しました。
- 見かけの活性化エネルギー：77.45 kJ/mol (0.80 eV)
- 前指数因子：1.60 × 10 6 μm 2 /s
さらに、ペアモンテカルロ感度分析を用いた検証により、このグローバルフィッティング法は、従来の2ステップ・アレニウス法と比較して、測定された膜厚の変動に対する感度が大幅に低い（＝誤差の影響を受けにくい）ことが証明されました。
背景・業界の文脈
熱界面材料（TIM）は、半導体デバイスからヒートスプレッダーへ効率的に熱を逃がすために不可欠な部材です。インジウムなどの低融点材料を用いた接合では、界面で形成される金属間化合物（IMC）の厚みや組成が、接合部の信頼性や熱伝導特性に直接影響を与えます。そのため、温度と時間の関数としてIMCがどのように成長するかを正確に予測する速度論的解析が重要視されています。
今後の展望
今回の研究で実証されたシングルステップ・グローバルフィッティング法は、温度や時間のデータセットが限られている条件下においても、精度の高い速度論的解析を可能にします。これにより、低温度リフローにおけるAuIn 2と(Ni,Au) 3 In 7の相進化プロセスが明確になり、今後の接合プロセスの最適化や信頼性設計への寄与が期待されます。
元記事: https://www.jstage.jst.go.jp/article/matertrans/advpub/0/advpub_MT-M2026110/_article
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