다나까귀금속공업, 전력반도체용 시트형상 접합 재료 ‘AgSn TLP 시트’ 개발

김기평 기자 / 다나까귀금속의 산업용 귀금속 사업을 전개하는 다나까귀금속공업(본사: 도쿄도 츄오구, 대표이사 사장 집행임원: 다나카 코이치로)이 전력반도체용 패키지 제조에 있어서 다이 어태치용 시트형상 접합 재료 ‘AgSn TLP 시트’를 개발했다고 발표했다. ‘AgSn TLP 시트’는 전력반도체의 다이 어태치 용도뿐 아니라 TIM재[1]의 대체 재료로써 히트싱크에 있어서의 대면적 접합으로도 사용될 전망이다.

▲AgSn TLP 시트와 접합 이미지

대전류 타입의 대형 Si(실리콘) 칩 접합을 가능하게 하는 시트형상 접합 재료

EV, HV, 산업 인프라 등의 용도를 중심으로 대전류 타입의 전력반도체에 대한 수요가 높아지는 가운데 대형화하는 Si 칩의 접합에 있어서 높은 신뢰성을 담보하면서 대면적을 접합할 수 있는 재료의 필요성이 커지고 있다. ‘AgSn TLP 시트’는 최대 20mm까지의 반도체 칩 접합에 대응하고 있다. 3.3MPa의 저가압으로 접합이 가능하며, 반도체 제조에 있어서의 수율 개선에도 이바지한다.

저온 접합 및 전력반도체에 요구되는 고내열성, 열 관리에 도움

전력반도체를 포함한 반도체 디바이스는 고온으로 인한 고장이나 수명 저하 등의 영향이 있으므로 고온 내열성이 요구된다. 또한 전력반도체 패키지 제조에 있어서 현재 주로 채용되고 있는 접합 재료는 환경 부하로 인해 다른 재료로 전환이 진행되고 있는[2] 고연 땜납과 내열성이 낮은 SAC 땜납[3], 은(Ag) 소결제 등이 일반적이다. 이 제품은 가열 온도 250℃에서 액상 확산 접합[4]이 가능하다. 접합 후 내열 온도가 480℃까지 올라가기 때문에 기존 재료보다 높은 내열성을 가진다. 또한 접합 강도는 최대 50MPa을 유지하기 때문에 다양한 피접합재에 대응할 수 있다. 이 밖에도 무연 접합부자재며, 3000사이클의 열 사이클 테스트를 통과한 높은 접합 신뢰성도 특징이다.

대면적 접합이 가능하기 때문에 전력반도체용 다이 어태치 재료로서의 사용뿐만 아니라 TIM재의 대체 재료로서의 사용도 기대할 수 있다. 반도체 패키지 제조에서는 열전도율이 높은 다양한 소재가 개발돼 왔으나 TIM 소재의 낮은 열전도율이 전체적인 열 설계의 걸림돌이 돼 왔다. 이 제품은 50mm 이상의 TIM재의 대면적 접합이 가능하고 높은 열전도율을 가진 접합 재료이므로 반도체 패키지 제조의 열 관리에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

다나까귀금속공업은 더욱 확대될 것으로 예상되는 반도체 시장의 발전에 공헌하는 것을 목표로 한다.

[1] TIM (Thermal Interface Material): 전자기기 내에서 발생하는 불필요한 열을 방출하기 위해 부자재간에 삽입하는 열전도성 재료

[2] RoHS 지침에 따라 ‘납’은 규제 대상이지만, ‘기술, 과학적으로 대체가 불가능한 용도’에 대해서는 기한을 정해 사용이 가능하도록 돼 있다. 그렇지만 기한 적용 제외 대상이므로 대체 재료의 개발이 진행되고 있다.

[3] SAC 땜납: 주석(Sn), 은(Ag), 구리(Cu)를 포함한 땜납 재료

[4] 액상 확산 접합: 확산 접합을 할 때 접합 계면에 삽입되는 금속 등을 일시적으로 용융, 액화시킨 후, 확산을 이용해 등온 응고시켜 접합하는 접합 방법. 영어 명칭은 Transient Liquid Phase Diffusion Bonding (TLP 접합)