2017 Fiscal Year Research-status Report
Development of a method to produce glass-to-glass anodically-bonded interfaces in which conductive parts and insulating parts co-exist
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17K06860
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
高橋 誠 大阪大学, 接合科学研究所, 講師 (10294133)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 陽極接合 / 陽極酸化 / 接合界面の機能化 / 界面微細組織 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
・ガラス同士の陽極接合を仲立ちする導体層の電気抵抗の、導体層の初期厚さ、接合条件による変化の観察
チタン、アルミニウムの層をを仲立ちとしたソーダライムガラス同士の陽極接合を行い、接合後に界面に残った導体層の電気抵抗の導体層の初期厚さ、接合条件（接合電圧の印加時間）による変化を観察した。チタン、アルミニウムいずれの導体層でも、小さい初期厚さで長時間の電圧印加を行った場合、ほぼ絶縁状態となるまで電気抵抗が増加するのが観察された。電気抵抗の変化は接合界面の光透過率の変化と良い相関を示した。接合後の界面の微細組織の観察によって、電気抵抗が著しく増加した界面の導体層は接合中にガラス中から接合界面に供給される酸素によってほぼすべて酸化していること、一方大きな初期厚さから始めて接合後も導体層の導通性が残った界面には未酸化の金属が残存しているのが確認された。これらの結果から、仲立ちとする導体層の厚さを部分的に変えることで、場所ごとに導通性の異なるガラス同士の陽極接合界面の作成が可能であることが示された。
・ガラス同士の陽極接合を、接合する両方のガラスの接合面に仲立ちとなる導体層を施して行う可能性の検証
従来、ガラス同士の陽極接合を仲立ちする導体層は接合するガラスの片方のみに施すものであり、両方のガラスに施した場合、導体層同士の界面の接合が行われないため接合が完了しないと考えられてきた。しかし導体層の厚さを部分的に変化させたい場合、両方の接合面に導体層を施して接合できれば導体層の製膜過程を簡略化することができ、また接合後の界面に形成できる構造に広がりができる。一方のガラスに施す導体層を接合の初期に完全に酸化される程度に薄くしてやることで、残った酸化層ともう一方の導体層が接合されて接合が完了するのではないかと考え、そのような接合の実現性を実験的に検証した。
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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
ガラス同士の陽極接合継手において、接合を仲立ちして界面に残存する導体層の導通性を、導体層の初期厚さ、接合条件を適切に設定することで制御できることを実験によって実証し、またそれらの条件の違いで導通性に変化が生じる原因を接合界面の微細組織観察によって明らかにした。これらの成果から、本課題の目標とする導通部と絶縁部が共存するガラス同士の陽極接合界面を、接合を仲立ちする導体層の初期厚さを接合面の場所によって変えてやることで実現できることを示すことができた。
導通部と絶縁部が共存するガラス同士の陽極接合界面の実用的応用として、陽極接合を用いてガラスのパッケージ中に封止する電気素子にガラスの間の接合界面を通じて外部から電気回路を接続することを考えているが、そのような構造を容易に作成するためのプロセスの検討を通じて、接合する２枚のガラス板の両面に厚さの異なる導体層を施し、陽極接合中に薄い導体層が完全に酸化されることを利用して接合を完成させる手法を新たに考案し、そのような接合が実際に可能であることを実験的に検証し、実用的な接合プロセスの開発を進展させることができた。
これまでガラス同士の接合を仲立ちする導体材料としては主にチタンとアルミニウムを検討してきたが、接合研に施した導体層の厚さを場所によって変えるような場合により密着性の高い接合界面を形成させて得られる継手の気密性を確保する目的で、それらの材料と機械的・熱的性質の大きく異なるスズに着目し、スズを仲立ちとしたガラス同士の陽極接合の実現性を検証する実験を行い、健全な継手が得られる接合条件の範囲を明らかにした。この結果は、本課題の実用的応用である電気素子のガラスパッケージ封止体の作製に有効に利用できると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
ガラス同士の陽極接合を仲立ちする導体層の初期厚さを変えることで、接合後に残存する導体層の導通性を適切に制御できることが検証できたので、これと両側のガラスの接合面に導体層を施して陽極接合を行う手法を用いて、当初の計画通り接合界面上に導通部と絶縁部を作り分けて配線パターンを作成する技術を開発する。
また、ガラス同士の陽極接合界面に部分的な導通部を作成するためのもうひとつの方法として提案していた、導体層の一部を難酸化性の金属と置き換えてその金属の層を接合界面に残存させる方法についても実験を進める。
また前年度の研究の中で、接合面に銀などのガラスに浸透しやすい金属の層を施すことで接合の仲立ちとなる導体層の酸化の進行を部分的に抑制する方法の発想を得た。この方法はより密着度の高い接合界面が得られる方法として有望であるので、導通部と絶縁部が共存する陽極接合界面を作製するための第三の手法として検討する。
これらの手法で得られた陽極接合界面の力学的・電気的・光学的性質を測定して接合界面の健全性・機能性を検証する。またそれらの性質を材料学的に説明するため、界面の微細組織を観察する。
ガラス同士の陽極接合界面に残存する導体層によって配線パターンを形成する技術を確立した後、接合面に作製する導体層のパターンをフォトリソグラフィー等の技術を用いて微細化し、継手の健全性を保ちつつ、接合界面に形成される配線パターンの微細化がどの程度まで可能であるかを検証する。導体が残った導通部と完全に酸化された絶縁部の微細なパターンを形成できたら、本課題のもう一つの目的である、回折格子などの光学素子のガラス同士の陽極接合界面上への作製を試みる。
ガラス同士の陽極接合界面の光学的性質を制御する手段として提案している、仲立ちの導体層に難酸化性の金属を合金化して、接合界面に微細な金属粒子を分散させる手法も検討する。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額分は、当年度に得られた実験データの記録・持ち運び用メディアの購入費に充てる予定であったが、手持ちのメディアで当面の必要に足りたので購入を見送った。
次年度に同様の使途に充当する計画である。
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Research Products
(3 results)
