| 초록 |
현재 SiC 기반의 전력 반도체가 개발 되고 있는데, SiC 기반 반도체는 Si에 비해 넓은 밴드 갭, 높은 파괴전압, 높은 열전도도, 빠른 포화전자속도를 갖고 있어 고효율 저손실 전력소자에 적합하여 자동차용 전력 반도체로 각광 받고 있다. SiC 소자 기반의 전력 반도체의 경우 소자 동작온도는 평균 200 ℃ 이상의 온도에서 구동되며, 순간적인 동작은 약 235 ℃ 이상으로 도달하기 때문에 기존 Si 기반 전력 반도체에 사용하던 솔더는 고온 안정성 때문에 사용이 제한된다. 이를 대응하기 위해 Ag sintering 및 TLP(Transient Liquid Phase) 공정에 관한 연구가 많이 수행되고있다. TLP 공정은 접합부의 모든 부분을 IMC(Intermetallic Compounds)로 형성하기 위해 많은 공정 시간이 걸리며, 형성된 IMC는 취성이 강하여 제품의 신뢰성에 좋지 않은 영향을 미친다. Ag sintering은 우수한 열 및 전기적 특성, 고내산화성 등 많은 장점이 있지만, 재료의 가격이 고가인 단점이 있다. Cu는 Ag에 비해 낮은 비용, 낮은 전기 저항, 높은 열전도율과 같은 많은 장점을 가지고 있다. 그럼에도 불구하고 Cu 소결 층과 칩 / 기판 사이의 소결 조건 및 Cu 분말 배합 조건에 따른 접합 강도 연구에 대한 데이터와 보고서가 충분하지 않다. 이에 따라, 본 연구에서는 Cu 마이크로 및 나노 분말 배합에 따른 5 종의 페이스트를 제작 하였다. Cu DBC와 ENIG chip사이에 Cu paste를 도포 후, 280 ℃의 소결온도와 10 MPa의 소결 압력으로 1, 5, 10 분간 소결을 진행하였다. 소결 시간 및 Bi-modal Cu paste에 따른 소결 접합부의 미세구조 변화 및 접합부의 기계적 강도를 평가하였다. 200 ℃에서 5분의 pre-drying동안 유기물은 대부분 제거되었다. 소결 공정 후 모든 조건에서 양호한 Cu 소결 접합부가 형성되었으며, 접합 시간이 10분으로 증가함에 따라 우수한 계면 균일성과 안정적인 미세구조가 관찰되었다. 또한, 상대적으로 micro particle과 nano particle의 비율이 25:75 wt.%에서 가장 낮은 porosity rate가 관찰되었다. 25:75 wt.%에서 우수한 접합부가 관찰되었으며, 가장 높은 전단강도가 측정되었다. 또한, 접합 시간, 압력, 온도가 증가 할수록 접합강도는 증가하였으며, 소결 압력은 소결 시간 및 온도에 비해 Cu 소결 접합부의 전단 강도에 더 큰 영향을 미친 것으로 사료된다. |
