2017 Fiscal Year Annual Research Report
Mechanism of stress-induced exothermic reaction in Ti/Si multilayer films and development of novel reactive bonding technique
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16H04510
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| Research Institution | Aichi Institute of Technology |
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Principal Investigator |
生津 資大 愛知工業大学, 工学部, 教授 (90347526)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 瞬間ハンダ接合 / 自己伝播発熱多層膜 / Ti/Si / 機械刺激反応誘起 / 瞬間接合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，自己伝播発熱反応を機械刺激で誘起できるTi/Si多層膜の機械刺激反応誘起メカニズムをマイクロ～ナノ実験力学独自技術で解明し，この新奇な瞬間発熱素材の特長を活かしたハンダ接合体の0.1秒瞬間製造技術を実現することを目標とし，研究に取り組んできた．スパッタ製膜した多層膜および斜め蒸着したナノコラム（いずれもTi/Si多層構造を持つ）に対してそれぞれ一軸／二軸面内引張ならびに電子顕微鏡内プローブ加圧で機械刺激を付与し，応力印加に伴う原子拡散現象の可視化とそれ基づく化合物生成発熱反応の開始条件の特定を目指した．Ti/Siナノコラム実験ではTiとSiの界面に応力集中させる3次元形状の実現を目指す．そして，ハンダ箔およびサブμハンダボールの表面にTi/Si多層膜を製膜し，表面平滑性の異なる試験体を加圧のみで瞬間ハンダ接合する製造技術の確立を目指す．
研究2年目の平成29年度，自作したデポダウン三源dcマグネトロンスパッタリング装置を用い，様々な原子比，バイレイヤー厚を持つTi/Si多層膜を製膜し，衝撃試験装置を改造した自由落下機械刺激印加装置を用いて各Ti/Si多層膜の機械刺激による発熱反応誘起の閾値を実測した．機械刺激の大きさはバイレイヤー厚と原子比の双方に関係があることを実験的に確認できた．この膜を使って機械刺激による反応誘起でSiウェハの瞬間ハンダ接合を実現するための圧子のデザインと作製を行った．単結晶Siの結晶異方性ウェットエッチングで曲率先端半径が100nm未満の鋭利なSiニードルを作り，それを使ってTi/Si膜に局所加圧刺激を加えることで，反応誘起できることを確認した．概ね順調に進んでいる．
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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
申請当初の2年目の研究計画は以下のとおりである．
(1) デポダウン三源dcスパッタリング装置を用いた様々な仕様のTi/Si発熱多層膜の作製と，膜構造および発熱エネルギーと製膜条件の相関調査
(2) 機械刺激反応誘起メカニズムの特定と最小機械刺激エネルギーで反応誘起可能なTi/Si多層膜成膜条件の調査
(3) Ti/Siナノコラム構造体のファイン化と機械刺激反応誘起の実現
(4) 粒子被覆用新規スパッタリングシステムの構築
上記(1)は既に完了しており，(2)もほぼ実験完了して全体の傾向がつかめている．(3)は実験システムの不具合があり，若干遅れている．(4)は既存スパッタ装置の改良で進めている．以上のことから，本研究はおおむね順調に進展していると考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究推進方策として，下記を検討している．
(1) ハンダ粒子表面へのTi/Si多層膜の均一被覆実験
(2) 加圧のみで瞬間ハンダ接合する実験技術の確立
(3) 機械刺激反応誘起メカニズムの解明
これらの実験を複数の学生とともに強力に進め，更なる研究成果をあげていく．
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