2020 Fiscal Year Research-status Report
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18K04769
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| Research Institution | Ibaraki University |
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Principal Investigator |
岩本 知広 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (60311635)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
永野 隆敏 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 講師 (70343621)
篠嶋 妥 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (80187137)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 透過型電子顕微鏡 / その場観察 / 超音波接合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超音波接合は、室温、大気中において短時間で行われるため量産性に優れ、半導体実装技術などに広く用いられている。しかしながらその接合機構は十分に明らかではない。そこで本研究では実際に透過型電子顕微鏡内で微細組織を観察しながら超音波接合を行い、その接合機構の詳細を直接観察により明らかにしようと試みた。
昨年度までに開発されたホルダーに２枚のAlの薄片試料を取り付け、片方の試料に超音波を印加することで接合する実験を行ったところ、接合中に多数のナノ結晶が接合界面近傍に生成した。また、それらの集積による微細粒領域の形成や、ナノ結晶が2つのAl薄片試料の間を動き回る様子も確認された。
バルク体同士の超音波接合では接合後、接合界面に沿って微細結晶粒からなる領域が帯状に生成することが、様々な系で観察されてきた。これらは、接合中に導入された大量の転位が動的回復や再結晶などにより生成したといわれている。しかしながら本研究の観察結果から、接合中に形成されたナノ結晶が2つの試料間の空隙中で再配置することで、最終的に生成した接合界面の微細粒領域形成に関与していることが示唆された。
また一般的に、接合前の試料表面には、接合阻害因子として表面酸化層が存在している。今まで超音波接合では、表面酸化層を含んだ微粒子が雪だるまのような形で生成され、それが接合界面から排出されることで、表面酸化層が取り除かれるという機構が報告がされている。本観察は、このような微粒子の移動機構が実際に存在していることを支持した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
本来は今年度で研究は終了する予定であったが、昨年度開発したホルダーにはステージの移動に不安定な部分があり、意図した実験を行うのに想定以上に時間を要した。これを解消するために、ステージ移動のばねの強度の変更、ステージの移動機構の改良に伴う重心位置の変更など、様々な工夫をはかりながら実験を続けたが、コロナウィルスの広がりで実験を行う時間が限られたこともあり、得られた研究成果をより精緻に議論し事業を達成するためには、さらに追加実験などが必要な状況であると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度前半は、引き続き開発ホルダーの改良を行う。特にステージの試料抑え治具の改良に取り組み、ステージの安定性の原因解明を行う。このために、比較的実験手法が固まってきているアルミニウム箔に対する超音波印加実験を重ね、研究データ取得の効率化を可能にする実験手法を確立する。また再現実験などを通じ、実験結果の緻密化をはかる。
年度後半では、得られた成果を積極的に発表していく他、アルミニウム以外の試料についても同様の実験を進め、異なる材料による超音波の効果について検討をする。
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| Causes of Carryover |
昨年度開発したホルダーのステージ移動に関する不安定性の原因が十分解明できず、意図した実験を行うのに想定以上の時間がかかり、実験がなかなか進展しなかったためである。
次年度では、原因解明のための実験を進めるための装置の購入、試料の作成を迅速に進めるための謝金、消耗品などに使用する計画である。
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