主要成果
非金属化されたシアネートエステル複合材基板に対し、低温ナノ銀焼結を用いてパワーチップを直接接合する手法が提案されました。この接合部において、最大で11.5 MPaのせん断強度を達成しています。また、長期的な信頼性を評価するための高温エージング試験を600時間実施した結果、せん断強度は9.3 MPaを維持し、強度の低下率は約19%という低い値に抑えられました。
技術・詳細
本研究では、繊維強化シアネートエステル複合材基板の表面に銀粒子を合体させ、機械的に結合した不均一界面を形成させています。焼結条件による空隙率（ポロシティ）の変化についても検証されており、15 MPaで15分間焼結した際の焼結銀層の空隙率は10.1%でしたが、圧力を20 MPaまで高めることで空隙率は6.5%まで減少することが確認されました。
接合部の破壊モードについては、時間の経過とともに変化することが判明しています。初期段階では銀と複合材の界面での分離が見られましたが、次第に複合材基板内部での亀裂や剥離へと移行しました。
背景・業界の文脈
パワーチップを軽量かつ熱安定性に優れ、さらに低誘電率を持つポリマー複合材に統合することは、次世代の電子デバイス設計において有望なアプローチとされています。特に、金属化処理を行っていないシアネートエステル複合材に直接ナノ銀焼結を適用できるかどうかが、実装プロセスの簡略化と性能向上の鍵となります。
今後の展望
今回の結果は、非金属化シアネートエステル複合材への低温ナノ銀接合の実現可能性を証明したものです。一方で、長期的な接合信頼性における主要な制限要因は、接合界面そのものではなく、基板側の熱劣化であることが特定されました。今後はこの基板の熱劣化をいかに抑制するかが、さらなる信頼性向上の焦点になると考えられます。
元記事: https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-11259596/v1
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