文：荒井啓仁
基礎研究から社会実装まで一気通貫の機能を有し、多くの民間企業も参画
加藤豊氏（写真左）、チン・テントウ氏（写真右）
大阪大学産業科学研究所フレキシブル3D実装協働研究所は、同大学の産業科学研究所内においてより一層のオープンイノベーションを進めるための拠点として、ダイセル、千住金属工業、ヤマト科学の3社の出資を基に2020年に設立された。中小企業から大企業まで60社以上が参加し活動している。
これからの社会をより便利にしていくであろう、5G・6G通信、自動運転、IoTデバイスなどの発展には高性能半導体が必須であり、これまで以上の省電力化も求められる。そうした半導体を開発するための接合・実装技術・パワーエレクトロニクスの研究を中心に、新素材や各種計測・評価基準を開発し、世界標準に向けた普及活動を推進。大阪大学が有する広い学際分野の基礎知識を集積し、基礎基盤の研究、先端技術の橋渡し、社会実装までを民間主導で一気通貫できる、多くの企業が参加できるオープンプラットフォームを提供している。
4分野・5つのWGからなる研究・開発を展開
同研究所では現在、4部門・5つのワーキンググループを形成している。
【次世代パワーエレクトロニクス開発部門】
WG1：パワーエレクトロニクス熱計測と熱マネージメント
WG2：パワーエレクトロニクス5G＆6G樹脂界面
【5G通信・車載AI機器開発部門】
WG3： 5G／AI実装＆信頼性
【ヘルスケア・ウェアラブル開発部門】
WG4： 5G／IoTセンサ、フレキシブル3D実装
【ドローンなどの次世代電動飛行体開発部門】
WG5：HyDroneプロジェクト
今回はこれらのうちWG1・2の「次世代パワーエレクトロニクス開発部門」についての取り組みを、同研究所のチン・テントウ特任准教授（写真右）に訊いた。
パワー半導体の樹脂接着で温度を抑えることに成功
自動車の基幹部やデータセンターの中核的機能を担う、先端電子デバイス製造における樹脂接着は、高温度・高湿度・腐食などの厳しい環境での実装が必要とされる。同分野での課題のひとつが年々微細化するビルトアップ層間ビア底部の亀裂（Weak-Micro-Via課題）であり、検出も難しいことから製品使用中の突然の故障を引き起こしてしまう原因となってしまっている。そこで同究所では先端エレクトロニクス用途に的を絞り、樹脂・金属接着界面の理解と制御を目的に研究を進めている。
「加えて現行のSi（ケイ素=シリコン）に換わるパワー半導体材料として注目されているのが、SiC（炭化ケイ素）、GaN（窒化ガリウム）、Ga2O3（酸化ガリウム）などのWBG（ワイドバンドギャップ）パワー半導体です。これらのWBGパワー半導体にはSiでは到達できない、200℃を超える極限環境動作が求められています。従来の接合技術ではSiC温度が270℃を超えていましたが、新開発の銀焼結接合技術により180℃程度に抑えることに成功。これにより高電流密度化にも対応が可能になるため、用途拡大への貢献が期待されています」（チン氏）
約60種類の最新機器が民間の半額で利用可能。技術相談にも積極的に対応
研究所で利用できる機器の一部
大阪大学産業科学研究所 フレキシブル3D実装実働研究所では、技術相談や装置利用、共同研究など、外部からの問い合わせに幅広く応じており、今後もより多くの企業に研究所を訪れてほしいとしている。特に企業連携ではこれまでの実装コンソーシアム活動を基に2023年度からは「フレキシブル3D実装コンソーシアム」として統合し、その中に2つのワーキンググループ、「WBG実装WG」と「先端半導体パッケージングWG」を設置して活動。産学官連携を加速したいとしている。
また「民間企業同士は競争関係にあるため独自でラボを持ち研究を行っていますが、大学は非競争の協調領域であり、基礎研究も積極的に行えるためハブになれる存在だと自負しています。パワーエレクトロニクス、先端実装に向けた技術相談や装置利用を受け付けている大学というのも珍しいのではないでしょうか。装置利用は有料ではありますが、企業が提供している同様サービスの半額程度で使うことができ、50〜60種類の装置を開放しています。どういった装置が置いてあるかは公式サイトに記載しているのでぜひ参考にしていただければと思います」（加藤豊特任研究員）