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銅粗化処理による課題解決事例

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パワー半導体は、電車・電力・自動車・産業機器・家電など、さまざまな分野で使用されています。近年では、低損失化や高耐圧化、高温動作性など、さらなる性能向上が求められています。
一方、半導体素子の高性能化に伴ってパッケージへの負荷も大きくなり、長期的な信頼性の確保が重要になっています。
そこでニシハラ理工では、銅リードフレームの表面を粗化し、モールド樹脂との密着性向上を図る銅粗化処理をご提案しています。

課題①: パワー半導体パッケージの信頼性を向上する

Pbフリー

近年、パワー半導体では、低損失化、高耐圧化、高温動作性などさらなる性能向上が求められています。

特にSiCなどのワイドバンドギャップ(WBG)半導体の採用が進みパワー半導体はより高温・大電流の環境で使用されるようになっています。
半導体素子の性能が向上すると、ジャンクション温度(Max Tj)が上昇しON・OFF時の温度差も大きくなるため半導体パッケージにかかる熱的な負荷も大きくなります。

パワー半導体のパッケージでは、チップを保護するモールド樹脂とリードフレームの密着性が重要です。高温環境では、樹脂と金属の熱膨張率が異なるため、温度変化によって両者の界面にズレが生じます。
また、パッケージが吸湿した状態で高温になると、水分が気化して体積が膨張し、樹脂とリードフレームの剥離につながることがあります。

剥離が発生すると、クラックや腐食などの問題につながる可能性があるため
特に高温・高湿環境で使用される車載向け半導体では、パッケージの信頼性向上が課題となります。

課題②: モールド樹脂と銅リードフレームの密着性を向上する

基板のイメージ

パワー半導体パッケージでは、モールド樹脂とリードフレームの密着性を高め、温度変化などによる剥離を抑えることが重要です。
そこで、リードフレームとなる銅材の表面を粗化することで、樹脂との密着性を向上させる方法があります。
銅表面に凹凸を形成することで、モールド樹脂が表面の凹凸に入り込み、アンカー効果によって樹脂と金属の密着性向上につながります。

ニシハラ理工では、薬品への浸漬による銅粗化処理に対応しています。

ニシハラ理工からのご提案

銅材の表面を粗化することで、モールド樹脂との密着性向上を図ります。

粗化処理には連続処理設備を用い、無酸素銅および銅合金に対応しています。



銅粗化処理 対応可能仕様

対応材質 無酸素銅、銅合金
板厚 0.15~0.5mm
板巾 35~105mm
最大コイル重量 400kg
平均表面粗さ  0.17~0.30μm

処理工程は、脱脂 → エッチング → 粗化処理 → 洗浄 → 銅変色防止 → 乾燥となります。
また、銅リードフレームへの粗化処理では、素材からプレス、粗化処理、組立、樹脂封止、個片化、外装めっきまでの工程を想定しています。
粗化処理後の銅表面は、電子顕微鏡による表面・断面観察によって、形成された表面形態を確認することができます。
銅表面の粗化により、モールド樹脂との密着性を向上させ、パワー半導体パッケージの信頼性向上に貢献します。



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