TANAKA귀금소속이 파워 소자용 공정 절감을 가능하게 하는 ‘활성 금속 접합재/구리 복합재’를 개발했다. 이 제품은 구리(Cu)재의 한쪽에 활성 금속 접합재를 복합화(클래드)한 제품이다.
세라믹(산화물, 질화물, 탄화물)이나 탄소 소재 등 임의의 재료에 직접 접합할 수 있기 때문에 파워 디바이스용 세라믹 회로 기반이나 차세대 히트싱크에 대한 적용이 기대된다. 나아가 다나까 귀금속 공업은 이 제품을 활용한 시제품 제공부터 접합재(*1) 프로세스, 시험·평가 등 고객 요구에 맞춘 다양한 제안을 할 수 있다.
◇제품의 특징과 신공법의 제안: 고방열화 실현과 공정 삭감 양립 가능
– 성능 향상
· 고방열 히트싱크에서 요구되는 기존 공법의 에칭(*2)으로는 실현이 어려웠던 것과 달리, 세라믹에 두꺼운 구리재의 전극을 형성할 수 있으며 나아가 배선 최적 피치화가 가능하다.
· 용제를 포함하지 않는 재료이기 때문에 찌꺼기가 없고 접합 신뢰성이 향상된다.
– 비용 절감
· 접합재의 두께를 10μm(마이크로미터) 이하로 형성할 수 있기 때문에 기존의 활성 금속 접합재에 비해 은의 비용을 절반 이하로 줄이고 접합재 열저항을 반감할 수 있다.
· 구리재가 복합화돼 있기 때문에 재료를 세팅하는 것만으로 패턴 형성이 가능하고 프로세스 비용을 절감할 수 있다.
– 환경 오염 절감
· 용제를 포함하지 않는 재료이기 때문에 휘발성 유기 화합물(VOC)이 발생하지 않는다. 또한, 납땜 시간이 대폭 단축돼 에너지를 절약하므로 환경 오염 절감도 기대할 수 있다.
위에서 이야기한 특징에 의해 이 제품은 반도체 분야의 폭넓은 용도에 대한 활용 가능성이 있으며 특히 방열 분야에서의 전개가 기대된다.
◇각 방열 분야에서의 제품의 공헌 가능성
파워디바이스 시장에서는 더욱더 고출력화나 고효율화가 요구되고 있고 그것에 수반하는 발열량의 증대로 각 부재가 고방열·고내열·접합 신뢰성을 가지고 나아가 소형화에도 대응하는 재료 개발이 급선무가 되고 있다. 또한 EV나 HV 등의 환경형 자동차 시장, 고출력 레이저 다이오드 시장, PC, 스마트폰 시장 등에서 수요 확대가 예상되는 차세대 히트싱크(*3) 시장에서도 마찬가지다.
고방열·고내열·접합 신뢰성을 유지하기 위해서는 우선, 구리판을 두껍게 하는 것이 요구되는데 두꺼운 구리재의 전극을 형성할 수 있고 에칭을 사용하지 않음으로써 접합 신뢰성이 향상되는 이 제품은 고방열화에 공헌할 수 있을 것으로 기대된다.
다나까 귀금속 공업에서는 2021년부터 본격적으로 표본을 제공하고, 나아가 2023년부터는 양산 체제를 갖출 예정이다. 앞으로도 고객 요구에 맞춘 제품을 개발해나감과 동시에 활성 금속 접합재의 라인업 확충을 시야에 두고 계속해서 기술 개발을 진행해 나갈 것이다.
(*1) 납땜
금속 등을 접합하는 방법 중 하나로 접합하는 모재보다도 융점이 낮은 합금(납)을 녹여 모재 자체를 가능한 한 용융시키지 않는 접합 방법.
(*2)에칭 화학 부식이라고도 함. 불필요한 부분을 용해, 침식시켜서 목적 형상을 얻는 공정으로 사용된다.
(*3)히트싱크
방열·흡열을 목적으로 기계 구조의 일부를 구성하는 부품. 전열 특성이 좋은 알루미늄, 철, 구리 등의 금속이 재료로 사용되는 경우가 많으나, 차세대 히트싱크로서 흑연 소재인 것도 주목받고 있다. 반도체 소자의 냉각, 냉장고·에어컨 등의 냉각기, 자동차의 라디에이터·히터 등의 용도가 있다.
◇다나까귀금속공업의 활성 금속 접합재
사용되고 있는 활성 금속 접합재는 기존품의 업데이트판으로 세라믹에 납땜을 할 수 있는 은(Ag), 구리(Cu), 주석(Sn), 티타늄(Ti)계 합금의 활성 금속 경납재다. Ag-Cu-Sn-Ti 합금은 Sn-Ti 화합물이 세밀하게 분산돼 있기 때문에 접합재의 두께를 얇게 한 제조·공급에도 대응할 수 있다.
