研究開発された技術紹介

特に自動車産業への適用を前提として、次世代パワーモジュールに関するめっき技術の開発を目的として、熱電素子を組み込んだ高効率SiCパワーモジュールの開発を行うこととした。具体的に、以下の4つの観点から研究開発を実施した。
・ パワーデバイス皮膜の高耐熱化、高機能化
・ めっき技術を用いた熱電素子の開発
・ めっきによる、微細構造を有する水冷冷却器の形成
・ 排熱回収機構を備えた次世代パワーモジュール構造の作成と実証評価

・ パワーデバイス皮膜の高耐熱化、高機能化
‐ 300℃でクラックの発生しない無電解ニッケル-低リンめっき皮膜を、8インチウエハレベルの量産スケールで形成することに成功した。
‐ 銅ワイヤーボンディングを行った際に、十分なプル強度と、接合界面での破断モードを持たない、無電解銅めっき皮膜の形成に成功した。
‐ アルミニウムスパッタを行った4インチSiCウエハ上に、無電解ニッケル-低リン皮膜、および、無電解銅めっき皮膜の形成を行った。
・めっき技術を用いた熱電素子の開発
‐ 凝集のない、ビスマスめっきを行ったテルル粉体の作製を行った。
‐ フォトリソグラフィー法により、高さ500μmの熱電素子前駆体パターンの作製を行った。
・めっきによる、微細構造を有する水冷冷却器の形成
‐ フォトリソグラフィー法により、高さ500μmの銅めっき構造体を作製し、2枚を貼り合わせることで、水冷冷却器を作製した。
なお、熱電素子前駆体の焼成による熱電素子の作製、並びにその性能評価、および、パターニング基板の接合については課題があり、現在開発中である。

・ 高耐熱性無電解ニッケル－低リンめっき被膜の開発
- 300℃の耐熱試験でクラックが入らない高耐熱無電解ニッケル-低リン皮膜を、8インチウエハレベルで実現した。
・ パワーデバイス向け無電解銅めっき被膜の開発
- 厚さ30μmの無電解銅めっき皮膜を形成し、銅ワイヤーボンディングによる接続信頼性（0.8kgf以上、ワイヤー破断モード）を確保した。
・ 積層めっきによる熱電素子前駆体のめっき
- 新規めっき液の開発により、ビスマス/アンチモン/テルル積層膜を構築。さらに、1mm角、高さ500μmのめっきパターンを形成した。
・ めっき技術を用いた銅製水冷冷却器の開発
- 流路厚さ1mmの水路をもつ冷却器をめっきで作製した。
これらを組み合わせた、疑似成果物の写真を示す。

知的財産については、現在出願を念頭に、追加研究を実施中である。
広報活動としては、展示会「北陸技術交流テクノフェア2021」（2021年10月21, 22日、福井県産業会館）の当社ブースで紹介を行い、予想以上の反響を得た。今後、別の展示会でも、出展を検討している。

開発したパワーデバイス向けめっき技術を活用することで、パワーモジュールの内の接合に関して、従来よりも耐熱性に優れた特性を得ることができる。銅製水冷冷却器の開発で得られためっき技術により、冷却器について、従来よりも高効率・省スペースな構造体とすることができる。継続開発中である、めっきによる熱電素子が成功した場合、従来よりもプロセスを簡略化させることが可能になる。

パワーデバイス関連の成果（無電解ニッケル-低リンめっき技術、無電解銅めっき技術）については、具体的な量産計画に基づいた試作依頼が来ており、量産化の検討を進めている。

自動車業界では、電動化の潮流がより明確化してきており、それに伴い、パワーモジュールの要求特性も上がってきている。特に、SiCを使用する次世代パワーモジュールでは、より高耐熱、高放熱性の接合皮膜が必要とされてきている。本プロジェクトで得た開発成果を、接合皮膜に適用することで、これらの特性を満たすことが可能となる。また、カーボンニュートラルを達成するために、より効率的なエネルギーの使用が求められており、熱電素子を適用することで、熱エネルギーの回収が可能となり、効率（燃費）の向上に資することが期待される。

本プロジェクトでの開発成果の中で、パワーデバイス関連に関しては、2025年より本格量産を行う予定である。そのための試作、ならびにサンプル評価は終了しており、量産設備の検討へと移行している。実用化・事業化という観点では、上記量産を軌道に乗せることで、本プロジェクトの他のテーマ（継続開発中）についても、順次売り込みを行っていく予定である。

めっき技術を用いた熱電素子の開発において、配線済みのセラミック基板上へ、パターン化された前駆体を形成することには成功しているが、焼成による熱電素子材料への変換時の特性向上や、接合媒体の選定、並びに、接合方法について、課題を残している。

当社は、めっき受託加工メーカーであるため、事業化の際は、めっき加工部分のみを担い、他の部分については、パワーデバイスメーカーや、熱電素子材料メーカー等に委託生産を依頼する予定である。そういった観点から、上記メーカーとの協業を模索中である。