マイクロ銅粉末-液体金属ガリウム複合接続接合のマイクロ構造と特性に関する研究

科学分野:

• 材料科学
• 冶金学
• ナノテクノロジー

背景:

• 液体ガリウム（Ga）を用いた低温過渡液相接合（TLPB）は、電子接続の可能性を提供します。
• GaベースのTLPBのマイクロ構造と接合性能の最適化は、依然として大きな課題です。

研究 の 目的:

• 銅（Cu）粉末/液体Ga複合ペーストを銅/銅接続用に開発・調査すること。
• Cu粉末の粒子サイズと質量分率が接合特性に及ぼす影響を系統的に調査すること。

主な方法:

• 様々なCu粉末粒子サイズ（10-40 μm）と質量分率（10-30 wt%）を持つCu/Ga複合ペーストの作製。
• 異なる接合条件（温度、圧力、時間）下での接合マイクロ構造、電気伝導率、せん断強度の評価。

主要な成果:

• 最適な接合は220°C、5 MPa、720分で、緻密な金属間化合物（IMC）のマイクロ構造（Cu9Ga4およびCuGa2）をもたらしました。
• 高い電気伝導率（1.1 × 10^7 S·m^-1）とせん断強度（52.2 MPa）を達成しました。
• 急速な接合（1分）でも、せん断強度は39.2 MPaとなりました。

結論:

• 複合ペースト組成の調整は、Cu-Ga TLPB接合の電気的および機械的特性を相乗的に最適化します。
• 開発されたプロセスは、高度なパッケージングにおける高効率、短時間接続アプリケーションの可能性を示しています。