電動化が進む自動車の長距離航続の実現等に貢献

 

　日本酸素ホールディングスグループの日本産業ガス事業会社である大陽日酸株式会社（本社：東京都品川区 代表取締役社長：永田 研二）は、6月27日、車載向けパワーデバイスの接合材として、銅ナノ粒子を用いた接合ペーストの開発に成功したと発表した。今後は顧客に対し紹介、およびサンプル提供を行い、評価結果を踏まえながら、同接合ペーストの本格的な事業化の検討を目指す。

 

 

接合ペーストの外観写真

 

１．開発の背景

　パワーデバイスは、電気自動車向けなどでインバーター等の電力変換器に用いられている半導体素子。近年では世界的な自動車電動化の流れもあり、電気自動車などの長距離航続のためにもパワーデバイスの高性能化は大変重要とされている。この高性能化のために、モジュールの小型化や高温動作が可能な SiC デバイスの採用が進んでいる。

 

　一方、従来の Si デバイスで広く用いられているはんだ系の接合材では、高温で効率的な動作が見込まれる SiC パワーデバイスには不向きなため、耐熱性の高い銀や銅の微粒子を用いた金属焼結型接合材が注目されている。金属焼結型接合材としての銀材料は、イオンマイグレーション※1 耐性の問題やコストが高いため、近年は銅ナノ粒子を用いた接合材に強い期待が寄せられている。

 

※１：イオンマイグレーション：湿度が多い環境で電圧を印加した場合、電極間をイオン化した金属が移動し短絡が生じる現状

 

２．銅ナノ粒子を用いた接合ペーストの概要

　同社は、独自開発した酸素燃焼による金属ナノ粒子の製造技術※2 を有している。同プロセスで製造した銅ナノ粒子※3 は、粒子径 100 nm 程度で、表層が亜酸化銅で被膜された粒子（乾粉）のため、従来の湿式プロセスで製造されたものとは異なり有機保護膜が無く、そのため、焼結時のアウトガスが少量であり、かつ低温焼結が可能。

 

　この度、本銅ナノ粒子を用いて、銅系の焼結型接合材では困難であった 200℃の接合温度において、高強度接合が可能な接合ペーストを開発。同接合ペーストは、下記の表 1 に示すように、接合温度 200℃、接合圧力 10 MPa、接合時間 5 分の接合条件において、せん断強度 80MPa 以上の接合が可能なことを確認している。

 

※２：2014 年１月 14 日付ニュースリリース「酸素燃焼による画期的な金属ナノ粒子合成技術を開発」

※３：2015 年１月 23 日付ニュースリリース「低温焼成可能な高純度銅ナノ粒子を開発」

 

 

※4:接合条件:接合温度 200°C、接合圧力 10MPa、接合時間 5 分@N2 雰囲気 被接合材:5mm 角 SiC、20mm 角銅板

 

（IR universe rr）

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