【公開日：2023.07.31】【最終更新日：2023.05.17】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22UT0176

利用課題名 / Title

パワーデバイス実装のための低温接合

利用した実施機関 / Support Institute

東京大学 / Tokyo Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion

キーワード / Keywords

スパッタリング/Sputtering,パワーエレクトロニクス/ Power electronics,パワーエレクトロニクス/ Power electronics

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

竹内　 魁

所属名 / Affiliation

電子実装工学研究所

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

須賀唯知

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

UT-711：LL式高密度汎用スパッタリング装置(2019)

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

GaNに代表されるパワー半導体材料は、その高い性能から次世代パワーデバイスの材料として有力視されている。パワーデバイスに実装においては、高動作電圧による発熱を放熱する必要がある。その際高熱伝導率をもつグラファイトをヒートスプレッダないしはヒートシンクに用いるために、GaNデバイスとの接合を行う必要があるが、接着層等の低熱伝導及び低耐熱性材料を用いることはできないため、Auを介した接合が有効である。本研究では、Auを介したGaNとグラファイトの接合を目的に、グラファイト上へのAuのスパッタ成膜とその接合可能性を調査する。

実験 / Experimental

1cm角のグラファイトチップ上に、スパッタリングによりTi 10nm及びAu 100nmを成膜した。その後、低温での接合に有効である表面活性化接合技術に基づき、Ar原子ビームによるAu層の活性化と、大気中熱圧着をおこなった。

結果と考察 / Results and Discussion

低温接合のためには平滑な接合面が有利であるが、グラファイトチップはCMPの適用が難しいため、本研究では機械研磨のみを行なったグラファイトを用いた。そのためグラファイト表面は表面粗さ100nm程度であった。これはAuスパッタ成膜後も同様である。この状態でAu原子ビームによる活性化を行なったのち、Auの塑性変形による密着性向上を目的に熱圧着工程での荷重を変化させた。結果として、荷重30MPa以上ではグラファイトが層構造の界面より破壊し、3MPa以下では十分な密着が得られず低い接合強度となった。一方で、10MPaの荷重では接合が達成され、表面活性化により接合強度も改善することがわかった。これによりGaNデバイスの放熱構造の実装にAuを介した表面活性化接合が有効であることが示唆された。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件