◎3D半導体、チップレット集積、SiCパワー半導体、車載電子部品、マイクロLED、、、
　先端半導体の開発に向けた新しい材料・プロセスの開発事例とその可能性、検証結果を掲載！

半導体デバイスの
接合技術・材料の開発動向と信頼性評価
〜表面活性化接合、ハイブリッド接合、Ag・Cu焼結接合、導電性接着剤〜

◇第１章　先端半導体パッケージへ向けた接合・接着技術とその材料開発および信頼性評価◇

第１節　表面活性化接合のメカニズムと半導体デバイス開発への応用
１．半導体デバイス製造に用いられる接合技術
　1.1 半導体の直接接合
　1.2 中間層を介した半導体の接合
２．デバイス開発への応用
　2.1 真空封止
　2.2 高放熱構造
　2.3 急峻な不純物濃度勾配
　2.4 マルチチップ接合
　2.5 ハイブリッド接合による3D集積化

第２節　プラズマ解析による表面活性化接合用FAB源の高性能化
１．FAB源におけるプラズマ粒子挙動解析
　1.1 PIC-MCC法による荷電粒子の挙動解析
　1.2 DSMC法による非荷電粒子の挙動解析
　1.3 シミュレーションモデルの妥当性評価
　1.4 シミュレーションによるFABエッチング解析
２．プラズマ解析による表面活性化接合用FAB源の高性能化
　2.1 交互磁場印加形FAB源
　2.2 一方向磁場印加形FAB源
　2.3 内部電位制御電極付FAB源

第３節　超音波接合の原理、メカニズムと半導体パッケージへの応用事例
１．超音波と接合工法の中の超音波接合
２．半導体パッケージ製造工程における超音波接合
３．ワイヤボンディング
　3.1 ボールボンディング
　3.2 ウェッジボンディング
４．超音波接合における界面現象と微細組織
　4.1 ボールボンディングにおける界面現象
　4.2 ウェッジボンディングにおける界面現象と微細組織観察

第４節　Ag拡散接合を用いたCuピラーの低温・低荷重・短時間接合技術
１．Ag拡散接合を用いたCuピラーの接合技術
　1.1 微細Cuピラー接合における従来技術とAg拡散接合の位置づけ
　1.2 Ag拡散接合の基本原理
　1.3 Ag拡散を用いたCuピラー接合のプロセス設計
　1.4 実験内容
　1.5 結果と考察

第５節　極薄Au薄膜の低温直接接合と異種材料集積化
１．極薄Au薄膜を用いた表面活性化接合について
　1.1 表面活性化接合について
　1.2 Au-Au表面活性化接合
　1.3 極薄Au薄膜を用いたAu-Au表面活性化接合
２．Au薄膜の膜厚による接合への影響
　2.1 平滑な表面の接合の理論
　2.2 Auの膜厚の違いによるAuの表面形状の違い
　　2.2.1 成膜装置・評価装置
　　2.2.2 Auの膜厚による表面形状の違い
　2.3 Auの膜厚の接合への影響
３．Au-Au表面活性化接合のためのプラズマ処理条件の比較
　3.1 Ar低真空プラズマとO2低真空プラズマの比較
　　3.1.1 実験装置・サンプルについて
　　3.1.2 プラズマ照射によるAu表面への影響の分析
　　3.1.3 ArプラズマならびにO2プラズマ照射による接合への影響
　　3.1.4 O2低真空プラズマ照射後の熱処理の影響
　3.2 各種プラズマを用いたAu-Au表面活性化接合
　　3.2.1 大気圧プラズマを用いたAu-Au接合
　　3.2.2 水蒸気プラズマを用いた接合
４．Au-Au表面活性化接合を用いた応用−異種材料集積化
　4.1 封止応用
　　4.1.1 気密封止への応用
　　4.1.2 真空封止への応用
　4.2 Au-Au表面活性化接合による光学素子の集積化
　4.3 有機材料の集積化
　4.4 MEMSデバイスの集積化

第６節 Cu?Cuハイブリッド接合技術の開発動向と常温接合技術の適用可能性
１．3次元半導体実装におけるハイブリッド接合
２．半導体実装に用いられている様々な接合技術
　2.1 プラズマ活性化接合
　2.2 常温接合法
３．Cu?Cuハイブリッド接合技術に関する開発動向
　3.1 ハイブリッド接合プロセス
　3.2 ハイブリッド接合方式
　3.3 ハイブリッド接合における低温プロセス化
４．常温接合技術を用いたハイブリッド接合

第７節　エキシマランプを用いたハイブリッド接合技術と表面活性化
１．ハイブリッド接合技術の進化と課題
２．真空紫外光について
　2.1 キセノンエキシマランプの特長
　2.2 一般的な真空紫外光の作用
　2.3 酸化還元ガス中での真空紫外光の作用（VUV-Redox?法）
３．VUV-Redox?反応を用いた電子部品材料の表面活性化
　3.1 金属材料
　3.2 絶縁材料
４．VUV-Redox?法のハイブリッドボンディング技術への適用
　4.1 VUV-Redox?法によるCu/SiO2ハイブリッド接合
　4.2 接合強度
　4.3 SEMによる表面観察
　4.4 AFMによる表面粗さ

第８節　減圧プラズマ処理による低誘電樹脂・ガラスの表面改質技術と銅めっきおよび直接接着技術
１．プラズマ表面改質のメカニズム
　1.1 プラズマ表面改質
　1.2 プラズマ表面改質に待望でされている領域
　1.3 各種接合形成方法
２．表面改質の原理
　2.1 今までの表面改質・前処理
　2,2 表面改質プロセス
　2.3 プラズマ表面改質の原理
３．表面改質処理、めっき作製及び評価
　3.1 フッ素樹脂、LCP樹脂の表面改質処理およびめっき条件
　3.2 特性評価
４．プラズマ表面改質の評価
　4.1 表面改質による表面構造と接触角
　4.2 プラズマ表面改質による表面の化学状態分析
５．表面改質による直接めっき
　5.1 フッ素樹脂の直接めっき
　5.2 LCP樹脂の直接めっき
　5.3 ガラス基板への直接めっき
　5.4 ガラスへのバッファ層を介した銅めっき
６．樹脂/金属、樹脂/樹脂の直接接着
　6.1 フッ素、LCP樹脂とCuとの直接接着
　6.2 樹脂とガラスの直接接着
　6.3 樹脂同士の直接接着
７．プラズマ表面改質による直接接着の評価
８．信頼性・高周波特性評価
９．走査プローブ顕微鏡による表面改質評価法の開発
１０．事例紹介
　10.1 ビア、スルーホールへの高密着直接銅めっき
　10.2 コアを用いた誘電体フイルムの多層膜形成
　10.3 積層回路基板作製
　10.4 細線回路形成例

第９節　半導体実装用Au被覆Agボンディングワイヤの開発
１．ボンディング工法について
　1.1 ボールボンディング法について
　1.2 金属拡散接合
２．Au被覆Agワイヤ
　2.1 製造工程
　2.2 PGSシリーズの構成
　2.3 Au被覆Agワイヤと放電条件
　　2.3.1 傾斜冷却方式
　　2.3.2 二段階放電方式
３．湿潤環境下での長期信頼性
　3.1 当社のPGS3について
　3.2 PGS3とAlパッドの高温環境下での信頼性
　　3.2.1 試験条件
　　3.2.2 試験結果

第１０節　半導体パッケージ用封止樹脂の要求特性と信頼性評価技術
１．半導体パッケージの分類
　1.1 デバイスが搭載される基材
　1.2 デバイスと基材の接続
　　1.2.1 ワイヤーボンド
　　1.2.2 フリップチップ
　　1.2.3 ウェハーレベル
２．半導体封止材の要求特性
　2.1 全パッケージ共通
　　2.1.1 耐湿性
　　2.1.2 耐熱性
　　2.1.3 高接着性
　　2.1.4 低応力特性
　　2.1.5 高純度
　2.2 厚物パッケージ
　　2.2.1 難燃性
　2.3 ワイヤータイプパッケージ
　　2.3.1 作業性
　2.4 フリップチップ
　　2.4.1 作業性
３．半導体封止材の評価
　3.1 作業性
　　3.1.1 スパイラルフロー
　　3.1.2 グローブハイト
　　3.1.3 ギャップフロー
　3.2 信頼性試験
　　3.2.1 はんだリフロー性
　　3.2.2 吸湿特性
　　3.2.3 サーマルサイクル性

第１１節　3次元半導体実装に向けたTSVへの無電解めっき技術の適用
１．無電解バリア膜、Ｃｕシード層を用いた３次元実装ＴＳＶ
２．無電解バリアメタルの密着性評価
３．無電解バリアメタルの膜質の比較
４．Cu拡散バリア性の評価

第１２節　表面活性化接合法による厚膜・低損失配線の作製技術
１．コプレナ線路及びインダクタのモデル
２．サファイア上コプレナ線路及びインダクタの作製及び特性評価
　2.1 サファイア上素子作製
　2.2 サファイア上素子特性
３．Si基板上金属箔コプレナ線路の高周波特性―抵抗率依存性

第１３節　銅ダマシン法により作製した半導体デバイス用配線材料の信頼性解析のための接点接続状態の交流インピーダンス法による評価
１．実験方法
　1.1 試料の作製
　1.2 EM試験
　1.3 交流インピーダンス法を用いた信頼性解析
２．結果と考察
　2.1 表面観察
　2.2 交流インピーダンス法を用いた信頼性解析
　2.3 インピーダンス値の時間的変化
　2.4 試料の問題点

◇第２章　パワー半導体向け接合材料、プロセスの開発と信頼性評価◇

第１節　金属粒子焼結型接合・液相拡散接合のプロセス
１．金属粒子による焼結型接合
　1.1 基本原理と金属ナノ粒子利用
　1.2 マイクロサイズAg粒子の利用
２．液相拡散接合
　2.1 基本原理と材料構成
　2.2 Cu-SAC成形シート材の利用

第２節　パワー半導体向け銀・銅粒子焼結接合技術と信頼性評価
１．Ag粒子焼結接合技術
　1.1 Agナノ粒子焼結接合
　1.2 Agミクロン粒子焼結接合
　1.3 Ag焼結接合信頼性
２．銅粒子焼結接合技術と信頼性評価
　2.1 Cuペースト焼結接合
　2.2 Cuペースト焼結構造の信頼性

第３節　焼結型銅接合材料の実用化に向けたプロセスの検討
１．焼結型銅接合材料の接合特性
　1.1 原料銅粒子
　1.2 銀接合材料との接合信頼性比較
２．更なる量産化に向けたプロセス開発
　2.1 接合低温化とペーストの連続印刷性の両立
　2.2 タック性付与工程の選定
３．シート型接合材料の開発

第４節　パワーデバイス向け銅接合ペーストの設計と接合プロセス
１．Cu粒子とペースト化と加圧接合評価
　1.1 Cu粒子の製法
　1.2 保護剤量とギ酸焼成
　1.3 分散処理とせん断強度
　1.4 保護剤の種類とせん断強度
　1.5 フレークCu粒子とせん断強度
２．SiおよびSiCチップの加圧接合
３．無加圧Cu接合材

第５節　マイクロAl−ナノNiハイブリッド接合材料の大気中焼結挙動とパワー半導体実装への応用
１．導電接続技術と高耐熱接続技術
２．ナノNi粒子による接合
　2.1 ナノNi粒子による接合強度評価
　2.2 ナノNi／マイクロAlハイブリッドペーストによる接合
　2.3 ナノNi/マイクロAlハイブリッドペーストによる接合機構
３．ナノNi/マイクロAlハイブリッドペーストのパワーデバイスへの適用

第６節　次世代パワー半導体における高温対応接合材を用いたパワーモジュールの実装技術と高性能化
１．次世代パワー半導体向けパワーモジュールパッケージ開発の取り組み
２．1200V 300A 自社開発SiCパワーモジュールの開発事例
　2.1 パワーモジュールの諸元
　2.2 耐熱温度　200℃
　2.3 Sn-Cu系接合材IMCの適用効果
　2.4 パッケージインダクタンス Ls
　2.5 FLAPの熱抵抗 Rth_j-c
　2.6 1200V 300A 自社開発SiCパワーモジュールの開発事例まとめ
３．Ag焼結接合を用いた650V 150A自社開発GaN-HEMTパワーモジュール開発事例
　3.1 定常熱抵抗評価に適用するGaN-HEMTパワーモジュール
　3.2 GaN-HEMTパワーモジュールのRth_j-c評価
　3.3 GaN-HEMTパワーモジュールRth_j-c評価結果
　3.4 Ag焼結接合を用いた650V 150A GaN-HEMTパワーモジュール開発事例まとめ

第７節　Sn-Cu金属間化合物（IMC粒子）を利用した高耐熱接合材の開発と応用事例
１．IMC開発の背景
２．Sn共晶合金による接合の課題
　2.1 同素変換 カーケンダルボイド　　
３．IMCナノコンポ化微粒子
　3.1 金属間化合物源の内部構造
４．状態図とGibbs自由エネルギー図から導かれる金属間化合物形成過程
　4.1 Ni添加効果
　4.2 Ni添加時の接合領域の構造変化
　4.3 Cu6Sn5 IMCはどこまでNiを含有できるか
　4.4 IMC構造の親和性金属の優位性
５．IMCサイズ構造の効果：温度サイクル試験比較

第８節　超音波を利用した高耐熱ナノソルダー接合材料の開発と接合特性
１．ナノソルダーの基本原理
　1.1 ナノ粒子合成の基礎と接合材料への展開
　1.2 ナノ粒子合成の基本原理
　1.3 代表的な金属ナノ粒子合成手法
　1.4 ナノソルダー用途に特有の合成要件
　1.5 合金ナノ粒子合成の困難性
　1.6 金属ナノ粒子の接合材料設計への展開
２．ナノソルダー概念の成立と発展の歴史
　2.1 ナノソルダーという用語の日本における位置づけ
　2.2 Agナノ粒子などの焼結接合材料の動向
　2.3 Agナノ粒子接合の原理的特徴
　2.4 Agナノ粒子焼結接合―高信頼接合の核技術
　2.5 Cu焼結接合―低コスト化を志向した拡散接合材料
　2.6 Sn系接合―反応拡散型接合材料
　2.7 接合機構の本質的整理
　2.8 研究開発トレンドと総括
３．非平衡反応場としてのソノケミストリー
　3.1 ソノケミストリーの現在
　3.2 ソノケミストリーの原理
　3.3 ソノケミストリーによるナノ材料合成
　3.4 サステナブル材料プロセッシングとしての意義
　3.5 超音波を利用した材料合成の特徴
　3.6 ナノソルダー合成への展開
　3.7 Sn?Biナノソルダーのソノケミカル合成
　3.8 Sn?Sbナノソルダーのソノケミカル合成
　3.9 高耐熱用ナノソルダーへの展開

第９節　異材接合向け新規Cu系ろう材の開発とパワーモジュールへの応用
１．新規Cu系ろう材の設計指針
２．新規Cu系ろう材の溶融温度および接合性評価手法
３．新規Cu系ろう材の溶融温度低温化と接合性評価
　3.1 Cu-Mg-X 3元系ろう材の評価
　3.2 Cu-Mg-Sn-Y 4元系ろう材の評価
　3.3 分子動力学シミュレーションによる界面強度評価
４．新規Cu系ろう材の用途例
　4.1 パワーモジュール向け絶縁放熱基板
　4.2 セラミック基板向け配線形成技術
　4.3 セラミックパッケージ向け封止技術
　4.4 加工工具向け接合技術
　4.5 熱交換器向け接合技術

第１０節　自己伝播発熱材料を用いた瞬間接合技術
１．自己伝播発熱多層膜
２．パワー半導体用ダイボンディングへの適用
　2.1 瞬間接合
　2.2 ボイドの抑制
　2.3 クラックの抑制
３．MEMS用封止パッケージングへの適用

第１１節　パワー半導体低温実装を実現する通電支援焼結接合技術
１．前駆体還元過程を用いた接合プロセスの特徴
２．通電支援低温焼結接合プロセスと効果
　2.1 接合特性（マクロ強度特性）
　2.2 接合部ミクロ構造
３．予備焼成構造を対象とした通電支援接合プロセスの応用
　3.1 傾斜構造化の力学的意義
　3.2 予備焼成を利用した構造制御と傾斜構造化による特性向上
　3.3 通電支援プロセスを用いた焼結接合部の傾斜構造化

第１２節　パワー半導体用焼結型材料の機械的特性評価方法の開発
１．供試材および接合方法
　1.1 被接合材の前処理
　1.2 接合条件
　1.3 機械的特性評価方法
２．断面組織観察結果
　2.1 せん断試験結果
　2.2 破面観察結果
３．試験方法の有効性
　3.1 接合厚さがせん断強度に与える影響
　3.2 破壊モードと界面品質の関係

第１３節　パワー半導体モジュールの接合部における異常検知手法の検討
１．パワー半導体モジュールと接合技術
２．オートエンコーダによる異常検知
　2.1 オートエンコーダの概要
　2.2 データ入出力誤差による検知
３．接合試料と評価
　3.1 接合試料
　3.2 X線照射による接合部の評価
　3.3 抵抗測定器による接合部の評価
４．オートエンコーダによる異常検知手法の提案
　4.1 データ収集
　4.2 データ前処理
　4.3 モデル学習
　4.4 評価
５．検討結果

◇第３章　電子デバイスにおける接合技術、材料の開発と信頼性評価◇

第２節　車載電子部品のはんだ接合の信頼性設計と熱疲労予測、評価方法
１．信頼性設計と熱疲労予測
　1.1 熱疲労予測のための基本理論と算出方法
　1.2 熱疲労予測に重要な４つの温度パラメータ
　1.3 予測法の適正化のアプローチ
　　1.3.1 自然環境下の太陽光による熱疲労を予測するための実験と考察
　　1.3.2 世界の気象データを活用した車室内温度の適正化
　1.4 市場回収品調査によるはんだ熱疲労の定量化
　　1.4.1 はんだクラックに代わるはんだ疲労の定量化手法
　　1.4.2 ベンチ試験品の熱疲労の定量化
　　1.4.3 市場回収による予測手法改善の考察
２．信頼性試験とはんだ実装技術
　2.1 温度サイクル試験の目標サイクル数
　2.2 温度サイクル試験法の考察
　2.3 評価サンプルと量産品の製造技術の重要性

第３節　グラピアオフセット印刷法によるマイクロはんだパンプの形成
１．印刷工法の革新性と優位性
２．グラビアオフセット印刷法
　2.1 グラビアオフセット印刷プロセス
　2.2 印刷凹版 （グラビア版）
　　2.2.1 材質による分類
　　2.2.2 製法による分類
　　2.2.3 製法間の特性比較
３．はんだペースト
　3.1 はんだ粒子サイズ
　3.2 グラビアオフセット印刷に適したペースト
４．ブランケット
　4.1 ブランケットの材質
　4,2 ブランケットの安定化
５．マイクロはんだパンプの印刷
６．その他のグラビアオフセット印刷技術

第４節　マイクロ波加熱による電子部品のはんだ接合技術
１．マイクロ波磁界での金属の発熱原理と優位性
２．分離された磁界・電界の強度分布
３．マイクロ波磁界加熱によるプリント基板への電子部品実装
　3.1 磁界加熱
　3.2 電界加熱
４．低耐熱フレキシブル基材への電子部品実装

第５節　はんだの耐クリープ性の向上がはんだ接合部の熱疲労特性に及ぼす効果
１．はんだの熱疲労
２．はんだの熱疲労の抑制方法
３．金属材料の強化機構とはんだにおける有効性
４．固溶強化による耐クリープ性の向上が熱疲労特性に及ぼす効果
　4.1 固溶強化における注意点
　4.2 Sn基二元合金の耐クリープ性の評価
　4.3 熱疲労特性の評価
　4.4 接合部における固溶量安定性
５．実用はんだ系への展開と合金設計指針
　5.1 実用はんだ系における合金設計の考え方
　5.2 はんだの合金設計から接合部評価への展開

第６節　深層学習を利用した　はんだボイド・クラックの自動検査と解析手法
１．はんだボイド・クラックの定量評価
　1.1 ボイド率
　1.2 はんだ被覆範囲
　1.3 クラック率
　1.4 3Dクラック率
２．はんだボイド・クラックのAI自動検出手法
　2.1 欠陥部の画像セグメンテーション
　2.2 メリットとデメリット
３．はんだボイド（被覆範囲）の自動測定
　3.1 ボイド領域とはんだ被覆領域の検出方法
　3.2 自動測定結果の評価
　3.3 今後の展開
４．3Dクラック率の自動測定
　4.1 クラック線とクラック想定線の検出手法
　4.2 自動測定結果の評価
　4.3 クラック検出結果の3次元可視化
　4.4 3Dクラック率の測定例
　　4.4.1 測定例１（非破壊で経時検査）
　　4.4.2 測定例２（多ピン計測）
　4.5 3Dクラック測定への期待
　　4.5.1 はんだクラック非破壊検査
　　4.5.2 信頼性試験時間の短縮

第７節　金属塩生成接合法のメカニズムと電子実装材料の低温固相接合
１．Sn/Sn固相接合
　1.1 実験方法
　1.2 実験結果
２．Sn/Cuの固相接合
　2.1 実験方法
　2.2 実験結果
３．Sn/Niの固相接合
　3.1 実験方法

第８節　Sn導電性ペースト・導電性接合材料の開発と接合特性
１．低温実装用導電性接着剤の開発に向けた樹脂バインダ中でのSn粒子の焼結誘導1)
　1.1 実験方法
　　1.1.1 導電性接着剤と評価試料の作製
　　1.1.2 キュア後の材料特性と微細組織評価
　　1.1.3 キュア過程での電気抵抗変化のその場測定
　1.2 結果および考察
　　1.2.1 キュア後の試料の体積抵抗率
　　1.2.2 Sn粒子の焼結機構
　　1.2.3 キュア後の試料のメカニカルスペクトロスコピー解析
　　1.2.4 環境曝露中の電気的信頼性
２．Sn粒子を用いた導電性ペーストを用いた焼結接合と接合特性5)
　2.1 実験方法
　2.2 実験結果

第９節　ボトムターミネーション部品の高信頼性実装プロセスの検討
１．現物を用いた接合評価
　1.1 試験体
　1.2 熱疲労試験
　1.3 はんだ接合部の観察
２．寿命向上の設計因子と水準の明確化
　2.1 寿命に影響を及ぼす因子の特定
　2.2 寿命分布下限の導出
　2.3 寿命向上となる設計因子と水準

第１０節　フレキシブルエレクトロニクスのための水蒸気プラズマを用いた直接接合技術
１．フレキシブルエレクトロニクスの特性と社会的需要
２．柔軟性の創出と集積化に関する現状の課題
３．水蒸気プラズマ支援直接接合（WVPAB）の原理と特性
　3.1 水蒸気プラズマの特性
　3.2 接合原理とプロセス
　3.3 接合解像度・電気特性・機械的耐久性
４．WVPABの課題とLBPWの原理・特性
　4.1 WVPABにおける電極面積依存性と応力集中
　4.2 LBPW（Low-temperature Bonding via Plasma and Water）の原理
　4.3 LBPW の機械的・電気的特性
５．水蒸気プラズマを用いた直接接合によるフレキシブルデバイス応用