귀금속 유래의 최첨단 소재를 제공해 반도체 디바이스의 미래를 개척

차세대 파워 반도체가 급속히 보급

로직 반도체나 메모리 반도체가 뇌라고 하면, 심장이라고 비유되는 파워 반도체는 전력의 제어나 공급을 담당하고, 모든 전자 기기에 탑재되고 있다. 특히 대전력을 이용한 전기자동차(EV)나 산업용 기기, 통신기지국, 재생가능에너지 등 분야에서는 핵이 되는 중요한 부품으로 시장은 앞으로도 확대될 전망이다. 소비 에너지의 삭감 등을 시야에 새로운 기술 개발도 가속하고 있다.

가혹한 환경에서도 안정된 작동을 할 수 있도록 밴드 캡이 넓은 파워 반도체가 급속히 보급되고 있다. 실리콘제의 종래의 반도체와 비교해, 실리콘 카바이드 (SiC)나 질화갈륨(GaN)을 이용한 반도체는 고온 조건하에서도 안정성을 유지하면서 성능을 발휘할 수 있을 뿐 아니라, 고전력·고주파가 뛰어나고, 양산을 향한 개발이 진행되고 있다.

다만, 이러한 차세대 파워 반도체의 개발에 있어서 설계자는 새로운 과제에 직면하고 있다고 다나까귀금속공업 공업의 후시미 에노리씨는 말한다. 「전력의 대용량화에 수반하는 고열에의 대응이나 수천회에 이르는 열 사이클에서의 접합 신뢰성의 유지, 그리고 대형화하는 칩(다이)의 대면적의 접합입니다. 종래의 솔더 페이스트 나 에폭시 수지 접착제에서는, 이러한 요구를 만족시키기가 어려워져 왔습니다」

소재에 의한 과제 해결로 자유로운 모듈 설계를

다나까귀금속 에서는 이러한 과제를 해결하는 재료를 제공하고 있다. 그 중 하나가 다이 접합을 바꾸는 Ag 접착제 이다. 개발한 수지 강화형의 소결 (통칭:하이브리드 소결)은, 종래의 소결 은과는 일선을 획기하는 재료로 되어 있다. 「높은 열전도에 의한 뛰어난 방열성은 물론, 독자적인 수지 시스템에 의한 열 사이클 하에서의 높은 신뢰성을 양립시켜, 차재 용도에 의한 가혹한 환경 요구에도 응할 수 있습니다」(후시미씨). 특히 소에서 중사이즈의 다이 접합으로 위력을 발휘해, 파워 디바이스의 장수명화와 고용량화에 기여한다고 후시미씨는 자부한다.

또 하나가 대면적 접합에 최적인 AgSnTLP 시트 이다. 「대형 다이나 모듈 전체의 접합에 유효한 Ag-Sn 액상 확산 접합의 본딩 시트입니다」라고 개발에 종사하는 동사의 키타오카 신이치로씨는 설명한다.

그 특징은 크게 3가지이다. 첫 번째는 신뢰성. 이 본딩 시트는 접합 후, Ag(은)과 Sn(주석)이 Ag3Sn이 됨으로써 내열 온도가 480℃까지 올라간다. 따라서 기존 재료보다 높은 내열성을 가지고 있습니다. 접합 강도는 최대 50MPa를 가지며, 300℃에서도 동일한 접합 강도를 유지한다. 또한 3000 사이클의 히트 사이클 테스트도 통과했다. 두 번째는 비용 절감이다. 몇 분 안에 접합이 가능하기 때문에 택트 타임을 줄임으로써 공정 비용을 줄일 수 있습니다. 셋째는 환경부하의 저감이다. 용매를 포함하지 않는 재료이기 때문에 VOC (휘발성 유기 화합물)는 발생하지 않습니다. 또한 RoHS 규제 대상 물질을 포함하지 않는다. "낮은 압력에서도 확실하게 접합할 수 있는 프로세스나 보이드 저감과 제조 공정의 간소화를 갖추고 있어 특히 모듈과 히트싱크 사이의 넓은 접합면에 적합하여 방열성의 개선으로 이어질 것으로 생각하고 있습니다"(기타오카 씨)

다이 본딩에 있어서의 「Ag 접착제」와 「AgSnTLP 시트」라고 하는 2개의 솔루션은 보완 관계에 있어, 각각의 특성을 살려 구분하여 진가를 발휘할 수 있다. 예를 들면 「Ag 접착제」는 작고 중간 사이즈의 다이 본딩에, AgSnTLP 시트는 대면적의 다이로 고온 안정이 요구되는 접합에 적합합니다. 양자를 보완적으로 조합함으로써, 종래에는 어려웠던 모듈 설계의 자유도가 넓어져, 열 관리와 신뢰성, 제조성이라는 차세대 파워 반도체에 개발에 빠뜨릴 수 없는 요소를 동시에 개선시킬 수 있습니다」(기타오카 씨)

가와카미에서 가와시타에 이르기까지 전체 라인업 재료

EV가 상징하는 것처럼, 파워 반도체에는 비교적 작은 공간에서도 전력을 제어할 수 있는 기능이 강하게 요구되고 있다. 극소화와 동시에 성능을 높이기 위해, 파워 반도체의 재료에 대한 「저저항」이나 「방열 대책」이라고 하는 요구가 퍼지고 있다.

다나까귀금속은 파워 디바이스용 제품을 위한 토탈 솔루션을 제공하고 있다. 다이 본딩재는 물론 공급량으로 세계 톱 클래스의 본딩 와이어, 귀금속 접합재, 각종 도금 프로세스, 스퍼터링 타겟 등 제조 공정의 강상에서 강하에 이르기까지 전체 라인업의 재료를 안정적으로 공급하고 있다.

또, 소재 자체가 희소인 것이 많아, 리사이클을 염두에 둔 귀금속 소재의 생산·유통의 구조에도 배려한다. 다나까귀금속에서 귀금속 리사이클은 핵심 사업의 하나이며, 리사이클 거점의 글로벌 전개를 추진하고 있다.

파워 반도체의 진화에 따른 방열과 신뢰성의 과제에 대해 접합 재료의 혁신은 불가결하다. 다나까귀금속은 그 최전선에 서서 새로운 시대의 파워 일렉트로닉스를 지지해 나가는 자세다.
다나까귀금속은 앞으로도 귀금속의 특성을 살려, 첨단 소재의 연구 개발·제공에 임해 나갈 것이다.

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