2017 Fiscal Year Annual Research Report
Structural material joining utilizing stress migration
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16K14406
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
菅沼 克昭 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (10154444)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | Ag膜 / 接合 / ストレスマイグレーション / 拡散 / ヒロック / 強度 / 固相接合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
銀（Ag）スパッタ膜を低膨張材料であるシリカ（SiO2）上に膜厚1μm厚さで形成し、250℃から400℃の間で60分間加熱し、Agヒロック形成状態の評価とSiO2同士の接合を実施した。大面積への適用の可能性を明らかにするために、SiO2ブロックは20mm角の接合面とし、Ag膜の下にTi接合間層を形成し、接合加圧力は0.4MPa、接合雰囲気は大気としている。評価は、接合体から3mm角の棒状の3点曲げ試験片を切り出し、接合強度の切り出し位置の依存性をヒロック形成状況と関連させて評価した。
275℃の接合から十分な接合強度が得られ、300℃が最も高強度となり、平均曲げ強度は約40MPaに達した。強度の位置依存性では、周辺部位の接合強度は比較的低く、中央部分は高強度となった。これは、中央付近はボイドがほとんど残存しない完璧な接合面を形成するのに対して、周辺部位では未接合部位が形成されたためと考えられる。この現象は固相接合においてはしばしば生じる現象であるが、本SMB技術はAgのヒロック形成に依存することから接合状態ではなくSiO2上のヒロック形成状況の位置依存性を評価した。その結果、SiO2ブロックの周辺部位約700μm幅で、ヒロックが直径で1μm以下のサイズで小さく形成量も極めて少ない状態であることが判明した。これに対して、周辺から700μm以内の部分では5μm以上のサイズの粗大なヒロックが形成されている。有限要素法のシミュレーションでは、昇温されることでvon-Mises応力が周辺部位で低下することが示され、この影響が主な原因と推測される。
以上のことから、SMB接合法の大面積材料への適用においては、十分に高強度な接合が可能であるが、周辺部の未接合領域が数百μmの幅で形成されることがあり、この部分の強化に留意する必要があると分かった。
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