Panasonic Holdings於日前發表與東北大學、大阪教育大學、秋田大學、芝浦工業大學共同開發了一項耐熱200℃，且可利用於低溫製程進行接合之奈米焊錫接合材料(新型焊料)，並已預定於今年12月左右開始商業樣品出貨。
近年來，將碳化矽(SiC)與氮化鎵(GaN)做為次世代功率元件材料的相關應用不斷增加。然而相對於既有矽(Si)的工作溫度為150°C，SiC與GaN的工作溫度為175至200°C，因此在元件組裝過程中需要具有較高耐熱溫度的接合材料。奈米銀膠等燒結材料因具有較高的耐熱溫度，目前相關開發不斷發展中。另一方面，由於這些材料的反應是通過固相擴散進行，接合需要較長的時間，因此衍生功率元件組裝過程中消耗能量增加的課題。
此次開發的奈米焊錫接合材料則利用了低熔點金屬粒子與高熔點金屬粒子結合的固液反應，故可同時實現低溫且在短時間內完成接合，耐熱溫度也提高至200℃。此外，研究團隊將超音波空化技術(Ultrasonic Cavitation)利用於金屬粒子的製造，因此可獲得以較少能源製成的微細金屬粒子。藉此除了電子元件製造過程之外，亦可減少接合材料製造過程中的二氧化碳排放量。
奈米焊錫接合材料係為直徑10 μm以下的低熔點金屬微粒子與直徑為數百nm以下的高熔點金屬奈米粒子組成的複合材料，透過加入低溫熔化的低熔點金屬微粒子(液相成分)，促使高熔點金屬奈米粒子(固相)的擴散速度加快，即可在短時間內完成接合反應。當奈米焊料加熱至200°C之後，低熔點微粒子熔化成液相，而高熔點奈米粒子擴散進入液相，隨著時間經過，擴散持續進行，10分鐘後即反應完成。此時高熔點金屬相做為骨架的構成基材(matrix)，形成高熔點奈米粒子分散其中的結構。與現有的奈米銀膠等燒結材料相比，新奈米焊料可以在一半的時間內完成。此外，研究團隊另外開發了一項以奈米焊錫接合材料製造金屬粒子的裝置。運作機制是利用產生超音波空化的高溫高壓反應場，透過由上而下(Top-Down)的方式以塊狀金屬製造金屬粒子，因此可利用較低能耗製造金屬粒子。
研究團隊利用接合前的奈米焊錫接合材料與接合後的構造體進行微差掃描熱量法(Differential Scanning Calorimetry)測量，接合前的吸熱峰(Endothermic Peak)為200°C以下，因此確認可通過200°C的低溫製程進行接合。此外，接合後200℃以下的吸熱峰消失，確認該構造體達到了高熔點化。研究團隊利用電子顯微鏡拍攝接合後的構造體後，可知形成了銅與鉍的分離相分散在銅與錫之高熔點金屬相中的構造體，確認達到了按照設計的理想狀態。在−40℃／175℃的溫度循環條件下進行的測試也證明構造體達到了標準。
今後Panasonic將進一步提升奈米焊錫接合材料在電子元件組裝過程中的處理便利性。 此外，Panasonic亦將針對其他具有耐熱性需求的用途，擴大新材料的應用領域。