【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

～xEV向けに採用・市場が拡大するSiCパワーモジュールで求められる技術を整理～
～高温動作・損失低減・小型化などへの対応に向けた構成材料・実装・モジュール構造技術～

---本書のポイント/得られる知識--------------------------------------------------

高温動作Si IGBTモジュールや、xEVで採用が進むSiCパワーモジュールでは、どのような材料が求められるのか。また材料の変更に合わせて、周辺材料との組み合わせや実装プロセスではどのような対応が必要となるのか。要求特性・ニーズとその背景、業界での開発動向を解説！

▼接続技術：ボンディングワイヤ・チップ電極・接合面材料、ワイヤを用いない接続技術
　◎高温下における従来ワイヤ材料の接続寿命延長対策の必要性
　◎新規組成のAl合金ワイヤの開発動向とチップ電極側の対応
　◎Cuウェッジワイヤ導入で起こる問題点、ボンディングの難しさと、装置・プロセスの進展
　◎各種ワイヤ/緩衝層/電極材料を用いたウェッジワイヤボンディングの耐熱性（150,175,200,225度）
　　比較と破壊モード
　◎CuクリップやFPCを用いた接続技術

▼ダイアタッチやパッケージアタッチのためのさまざまな接合材料と接合プロセス技術
　◎高温Pbはんだ代替材料の開発・評価の現状
　◎パワーサイクル試験における200℃の高温放置試験に耐えられる接合層
　◎低温・短時間の加熱プロセスと高耐熱性を両立した最新ナノソルダー接合材料
　◎採用拡大が期待される焼結接合材料および加圧プロセス・装置技術
　◎新しいダイアタッチ技術：原子間拡散接合（ADB：Atomic Diffusion Bonding）
　◎焼結接合プロセスで考慮すべきコンタミネーションや洗浄プロセス
　◎各種焼結接合材料（ペースト・接着剤・フィルム）を用いた界面形成(ダイ・絶縁基板)と接合プロセス

▼絶縁回路基板やモールド封止材料、車両搭載の小型・高放熱モジュール構造
　◎接合材料やモジュール構造の変化に対応する絶縁回路基板の開発動向
　◎ベースセラミック層の改良、金属回路材料の厚膜化に対応する接合技術
　◎高熱伝導樹脂シートと厚Cu回路によるIMB基板の開発
　◎ベースレス構造・直接冷却・直接液冷構造・トランスファーモールドパッケージと封止材料、両面冷却
　　モールド構造などモジュール構造の変遷と開発動向
　◎自動車用パワーモジュールの放熱冷却構造（構成部材、代表的な構造）の整理　など

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郷司 浩市 　(株)P-SAT 　　　　　　　　　　　　　　大橋 東洋 　三菱マテリアル(株)
橋爪 二郎 　ヘッセ・メカトロニクス・ジャパン(株) 　木村 章則 　三菱ケミカル(株)
菊池 真司 　千住金属工業(株) 　　　　　　　　　　　澤村 敏行 　三菱ケミカル(株)
古澤 彰男 　パナソニックホールディングス(株) 　　　野村 和宏 　NBリサーチ
石谷 伸治 　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
高尾 蕗茜 　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
山内 真一 　三井金属鉱業(株) 　　　　　　　　　　　薬丸 昇 　　(株)クオルテック
服部 隆志 　三井金属鉱業(株) 　　　　　　　　　　　今田 敬宏 　(株)クオルテック
渡邉 和也 　ピンク・ジャパン(株) 　　　　　　　　　小松 泰之 　(株)クオルテック
Simon Merkert  　PINK GmbH Thermosysteme 　　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

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
2.　ダイアタッチ材料
3.　絶縁回路基板とパワーモジュール構造

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
2.　銅太線ボンディング
　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
2.　Pbフリーはんだへの取り組み
3.　パワーデバイス用はんだ製品の展開
4.　Ag焼結材料
　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
2.　高品質ナノソルダー合成技術
3.　ナノソルダー量産技術
　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
3.　銅ペーストの信頼性評価
　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およびシンタリング装置

　はじめに
1.　パワーエレクトロニクスモジュールの焼結
2.　焼結の原動力
3.　PINK社製シンタリング装置
〔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
2.　洗浄剤と洗浄方式の選定
3.　洗浄後の清浄度分析
4.　洗浄事例
5.　今後の焼結接合技術の発展と洗浄のあり方

 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
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
4.　高熱伝導窒化ケイ素基板の適用事例
　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
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
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
3.　さら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
2.　パワーモジュール用封止材料
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
2.　その他の信頼性試験
3.　パワーモジュールの評価解析・故障解析技術
4.　今後，より重要となる劣化現象（サーモマイグレーション）
　おわりに

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