クリープという言葉は、エンジニアがレーザーダイオードのスタックアップに金属TIMを設計する際に聞きたくない言葉です。しかし、クリープは本当に問題なのだろうか？また、インジウムについて語るとき、クリープを本当に理解しているのだろうか？答えは相対的です。典型的なダイオードのスタックアップ図を添付します。これはレーザー・アプリケーションであったり、LEDアプリケーションであったりします。ダイ・アタッチ層は通常、高温はんだか銀入りエポキシです。インジウムはこのレベルで使用できるでしょうか？答えはイエスで、接合部の温度が純インジウムの融点（156℃）から遠い場合に限ります。ダイ・アタッチでは、このレベルでインジウムを使用している顧客もいますが、AuSnやSac合金、SnAgのような他の高温はんだほど一般的ではありません。銀を充填したエポキシはどんどん良くなってきていますが、導電性やそのプロセスにはいくつかの問題があります。はんだをダイアタッチとして使用する場合、リフロー中にダイ自体が浮いたり動いたりすることがあります。この場合、リフロー中にダイを固定するために何らかの機構を使用し、アライメントが完璧になるようにする必要があります。しかし、どの合金を選択するかによって、その効果と信頼性が決まります。
TIM2（サーマル・マテリアル・レベル2）の場合、ここでもう少し考慮すべき点がある。まず、このレベルでリフローすると仮定しましょう。ヒートスプレッダー・レベルの銅は問題になりませんが、スプレッダー/シンク・レベルのニッケルは問題になります。アルミニウムもここで問題になる。問題は、これらの材料のはんだ付けが難しいことですが、はんだ付けは可能です。インジウムのRSAやフラックス3番のような活性の高いフラックスを使えば、酸化層を壊すことができます。しかし、表面に金の層があると、はんだ付けが効果的になります。インジウムは、金の層が50マイクロインチを超えないことを推奨しており、薄ければ薄いほどよく、通常は10マイクロインチで十分であることを推奨しています。インジウムは実際に金を溶かすか、あるいは金がインジウムの中に拡散することが知られている。はんだ付けの際、インジウムと金の金属間が形成される。これは脆い層であり、金を多量に使用すると信頼性の問題や接合部の割れを引き起こす可能性がある。なぜここにインジウムを使うのか、そしてここにインジウムを使うことができるのか。これは、インジウムのクリープが問題となる最も一般的な領域です。しかし、クリープは許容できます。インジウムはパンプアウトやプレイドーのように出てくるほどクリープすることはありません。クリープの程度は、界面が受ける温度だけでなく、かかる圧力（CTE運動やクランプによる直接圧力など）にも関係します。接合部の温度が融点の20度以下で、LED用途のように多少の動きが許容される場合は、許容範囲内です。しかし、レーザー用途では、インジウムコーポレーションは通常、このレベルでは純インジウムを使用せず、むしろインジウム銀や錫銀などの合金を選択するようアドバイスしています。合金に銀を加えれば加えるほど、材料は硬くなります。考えてみてください。純インジウムの導電率は86W/mk、mp=156℃共晶、錫の強度は273psiです。3%の銀を加えると、MPは143℃の共晶になり、導電率は73に下がりますが、ティンセル強度は800psiに上がります。さらに、10％の銀を加えると、MPは143から237に塑性変形し、導電率は67に下がりますが、引張強さは1650psiに上がります。SnAgは融点221℃、導電率33W/mk、引張5800psiです。あなたの用途には何が最適でしょうか？CTEが問題なら銀を少なめに、温度が問題ならインジウムなしを、導電率が問題なら高インジウムを。
TIM2レベルで圧縮可能な金属を考慮する場合、現在抱えている問題は、どれだけの圧力があるか、接合の温度、表面の平坦性である。明らかに、圧縮可能な界面では、金はもはや必要なく、インジウムがニッケルと直接接触しても問題はないでしょう。しかし、銅とインジウムは時間の経過とともに金属間化合物を形成する可能性があります。実際、私たちのサーマルラボでは、実際に125℃以上で1000時間以上モジュールを焼いたときにしか、この現象は見られませんでした。それでも現象はわずかでした。もし、製造から4～5年後にインターフェイスの手直しをしないと考えているのであれば、これは問題にはならないでしょう。1-2年以内の手直しは問題ないでしょう。私たちの顧客の多くは、圧縮可能な界面としてすでにこのレベルのインジウムを使用していますが、ヒートスプリング™に変更すれば実際に性能を向上できることを知っている人はほとんどいません。ヒートスプリングは、圧力が50psi以上であれば金属の接触抵抗を減少させることができる特許取得済みのプロセスです。これにより、スタックアップではボンドラインの厚みを薄くすることができ、メタル・サーマルインターフェースの熱性能を向上させることができます。では、この界面でのクリープについてはどうでしょうか？もう一度言いますが、合金を変更することでこの可能性を排除することができますが、標準的なインジウム平箔からヒートスプリングに変更することで、ヒートスプリングを使用した場合のボンドラインは通常大幅に減少するため、この可能性はさらに減少します。(平均約0.003インチ）。
まとめると、金属サーマルインターフェースやダイアタッチソルダーを使用する際に考慮すべき点は以下の通りです：
- インターフェイスの使用温度は？
- この温度は金属サーマルインターフェースの融点に近すぎないか？
- そのデバイスは、金錫や錫銀（
）などの高温はんだのリフロー温度に対応できるか。 - インジウム含有量を減らして金属サーマルインターフェースの導電率を変更すると、スタックアップ全体の導電率が低下するため、インターフェイスの熱性能に問題がないか。例えば、86w/mKから67w/mKになります。
- クリープは本当に問題ですか？もしあなたのデバイスがわずかな動きを許容できるのであれば、インジウムを使用することに問題はありません。もしわずかでも問題が生じるようであれば、純粋なインジウムではなく、インジウム合金をお勧めします。
最後に、インジウムコーポレーションは皆様のお役に立ちます。最適な金属熱界面材を選択するための電子合金リストを含む追加情報については、当社のウェブサイトをご覧ください。
