2008 Fiscal Year Annual Research Report
ナノ粒子を用いた低温自己焼結接合法の開発とそのエレクトロニクス実装への適用
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19360332
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
廣瀬 明夫 Osaka University, 大学院・工学研究科, 教授 (70144433)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐野 智一 大阪大学, 大学院・工学研究科, 講師 (30314371)
小椋 智 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教 (90505984)
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| Keywords | ナノ粒子 / 有機-銀複合ナノ粒子 / 焼結 / 固相接合 / エピタキシアル / 分子動力学 / 酸化銀還元 |
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| Research Abstract |
本年度は、接合温度、接合加圧力の低減を目的に、(1)ナノ粒子の特性、形態制御、(2)接合部の材料設計の最適化、(3)ナノ粒子焼成過程のシミュレーションついて検討を行った。(1)、(2)については、ナノ粒子の粒径と含有有機物量が接合性に及ぼす影響を検討した。平均粒径が50nm以下となると被接合材界面での接合性が向上した。接合界面では、ナノ粒子は被接合材表面に濡れ広がるように焼結し、エピタキシアル構造を形成するのに対して、ミクロンサイズの粒子は、ネック形成するのみで十分な接合が得られなかった。さらに粒径が20nm以下となると50nmと比較して、接合層での焼結速度が大きく向上した。また、界面での接合過程につて、分子動力学によるシミュレーションを行った結果((3))、Ag原子は粒子/基板の接触部へ流入し、界面直近から順に基板の結晶構造に対応した特定の方位をもって再配列することが分かった。このとき、Agと格子定数差の小さいAuやAl基板に対しては基板と同一方位に再配列し、格子定数差の大きいCuやNi基板に対しては基板方位に対応した特定方位に再配列することを確認した。また、粒径が大きくなると、界面での焼結速度が低下することが確認できた。しかし、粒子径が20nm以下では、独立分散性を維持するために有機物被覆が不可欠であり、これが接合阻害因子となるため、300℃程度の接合温度では、有機物被覆のない粒径50nmの粒子と接合強度に大きな差異がないことが分かった。この問題を解決するため、酸化物還元によるナノ粒子その場形成接合プロセスの開発を行った。酸化銀粒子は、還元剤の添加により、160℃程度の低温で還元され、ナノサイズの銀粒子を生成し、即座に焼結することが明かとなった。この特性を接合過程に適用することにより、有機-銀複合ナノ粒子よりさらに低温、低加圧接合が可能となることが分かった。
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