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材料粒子纳米可在“200℃下接合、500℃下使用”的半导体与底板接合技术开发成功

日立制作所与大阪大学的研究小组共同开发出了能在200~250℃下接合半导体元件和底板,接合后能耐500℃以上高温的无铅接合技术。

  随着电流密度的提高,汽车及产业设备用电子部件要在高温环境下具有高可靠性。另外,SiC等元件所使用的接合材料也要具有高耐热性。但目前面向高温环境的接合材料使用含Pb量多的材料,近年来,期待出现支持无铅RoHS指令,不含有害物质铅的材料。

  作为满足上述要求的接合技术,无铅Ag纳米粒子接合法的研究不断取得进展。Ag纳米粒子接合法不仅能在低于Ag融点的温度下接合,接合后还具有基于Ag性质的高散热性和高耐热性。但是,Ag纳米粒子不仅材料的价格高,而且为除去接合时为使Ag纳米粒子保持稳定而采用的保护膜,须将之加热到300℃左右。因此所能降低的接合温度有限。

  因此,日立制作所通过以更低温度加热还原μm级尺寸的AgO(AgO微粒),尝试低温下的接合。为了使其在低温下还原,新开发了还原催化剂。结果,200~250℃的加热还原生成了Ag纳米粒子,实现了接合。该接合方法不仅无需加热到300℃之后去除保护膜,还保持了Ag纳米粒子接合法的优点——高散热和高耐热性。此外,由于接合材料易于制造和保管,还能够大幅削减接合成本。

  能够与氧化物层直接接合

  并且此次还证实:Al及Ti等表面形成有氧化物的材料也无需去除氧化膜,利用还原催化剂便可直接接合。电子部件所采用的Al及Ti电极在表面形成了牢固且稳定的氧化物层。因此,以Pb及Sn为主要原料的接合材料必须在去除氧化物之后接合。而此次采用AgO微粒,利用开发的还原催化剂使其产生发热反应,结果发现不去除氧化膜也能够直接接合。Al及Ti外,该技术还能够应用于Si及SiC等半导体元件、不锈钢以及玻璃材料。
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