2015 Fiscal Year Research-status Report
新規高熱伝導ＬＴＣＣデバイスを目指したアルミナの低温焼結化と無収縮焼成技術の適用
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15K06514
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| Research Institution | Ube National College of Technology |
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Principal Investigator |
茂野 交市 宇部工業高等専門学校, 物質工学科, 准教授 (60707131)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉田 政司 宇部工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (10370024)
徳永 仁夫 宇部工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (70435460)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | アルミナ / 焼結助剤 / 低温焼結化 / 高熱伝導 / LTCC(低温同時焼成セラミックス) |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Al2O3(アルミナ)は高熱伝導・高強度かつ良好な電気特性を有しており、配線基板やICパッケージ等の電子部品材料として広く使用されている。しかし、アルミナの焼結温度は約1500℃と高いため、導体と同時焼成する際にWやMoなど高融点・高抵抗の金属を使用する必要があった。アルミナをLTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics: 低温同時焼成セラミックス)材料として低融点・低抵抗の金属であるAg(融点約960 ℃)やCu(融点約1080 ℃)と同時焼成するためには、多量のガラス(全量の約50%以上)を添加する必要があった。そのためLTCC材料のほとんどは低熱伝導(約2～5 W/mK)・低強度であるという欠点があった。そこで我々は少量の添加でアルミナの低温焼結が可能な焼結助剤の開発を行ってきた。最近、CuO-TiO2-Nb2O5-Ag2O系助剤をわずか5 wt%添加することにより大気雰囲気・焼成温度960 ℃未満で緻密なアルミナが得られることを見出した。
今年度は上記低温焼結アルミナのさらなる焼結性等の特性向上への指針を得るため焼成雰囲気が焼結性に及ぼす影響を調べた。その結果、酸素分圧が焼結性に大きな影響を及ぼしていることがわかった。そして、酸素分圧が大気雰囲気のそれ(0.21 atm)よりも低いある条件下で大気雰囲気よりも良好な焼結性を有することを見出した。また、上記焼結性と焼結助剤の融点、焼結助剤の作る化合物の種類には密接な相関のあることが明らかとなった。開発した材料の熱伝導率は17 W/mKと従来と同等の値を示し、誘電特性(Qf積)に関しては従来よりも良好であることもわかった。現在、低温焼結アルミナの焼結メカニズムを解明するため、格子定数測定や元素分析等によるアルミナ粒内、粒界の解析を行っている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究の目的は、主として3つある。ひとつは、(A)粉体プロセス制御による等方収縮焼成(通常焼成)でのアルミナのさらなる低温焼結化である。(B)そして、上記低温焼結アルミナの焼結メカニズムの解明である。(C)さらに、焼結の起こりにくいとされる無収縮焼成でも緻密なアルミナを開発することである。
(A)に関しては、今回、焼成雰囲気の制御により誘電特性を損なうことなくさらなる低温焼結化を実現することができた。他の方法によっても低温焼結化を検討中である。(B)についても詳細検討を開始しており、新たな知見が得られつつある。(C)については2016年度より本格検討に入る予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究の推進方策は、主として3つある。ひとつは、他の誘電体材料や他分野のセラミックス材料への応用を視野に入れたアルミナの低温焼結メカニズムの解析を行うことである。具体的には少なくとも以下の2つの検討を予定している。
・TEM-EDSによるアルミナ焼結体中の焼結助剤の分布状態分析
・高温X線回折による焼成中の焼結助剤の挙動分析
もうひとつは、さらなる低温焼結化を目指し、焼結助剤の添加方法の影響の明確化を行う。最後に、通常焼成と無収縮焼成との焼結性の相違点を把握し、無収縮焼成実現のために必要な因子を明らかにする取り組みを行う。なお、新たな発明があった場合には特許出願を行う。
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| Causes of Carryover |
さらなる焼結性向上を目的とし、当初計画では原料粉末を合成する装置を購入予定であった。しかしながら、他の実験で成果が出たため2015年度内はそちらの実験に注力し、2015年度は新たな装置の購入を行わなかった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
当初計画どおり、原料粉末を合成する装置を購入する予定である。また、焼結メカニズムの解明に向けた分析や焼結備品購入、国際会議発表等にも予算を執行する予定である。
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