2021 Fiscal Year Annual Research Report
柔らかい電子回路に使う金属ナノ粒子配線の電流・応力下での損傷機構解明と強度評価
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19K04084
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| Research Institution | Hirosaki University |
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Principal Investigator |
笹川 和彦 弘前大学, 理工学研究科, 教授 (50250676)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 金属ナノ粒子 / フレキシブル回路 / エレクトロマイグレーション / 信頼性 / 損傷機構 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
（Ⅰ）金属ナノ粒子配線の損傷機構解明
（Ⅰ）－２ 高密度電流負荷による損傷（エレクトロマイグレーション：EM）に加え応力負荷を重畳した加速試験による検討 銀ナノ粒子インクを印刷したフレキシブル配線試験片を用い、これを加熱できる半円柱形あるいは平板形の金属ブロックに接着することにより、静的な曲げ応力を負荷した状態と負荷のない状態を設定し、高密度電流を長時間印加して断線までの損傷蓄積プロファイルを獲得するとともに電子顕微鏡とレーザ顕微鏡による損傷箇所の微視的構造変化の観察を行った。
前年よりも明確な損傷傾向を確認できた。同条件で作製した配線でも曲げ応力（引張）を負荷した場合には、損傷速度が速く、特に断線する前に出現する配線抵抗の不安定状態に至るまでの時間が短くなることがわかった。さらに電子顕微鏡による観察結果から銀ナノ粒子配線のEM損傷機構として、多孔質体であった配線内部構造が、通電に伴い銀粒子の凝集により結晶粒を形成し、この結晶粒界に沿って原子が拡散することを示すことができた。
（Ⅱ）強度評価法の構築
（Ⅱ）－１ 損傷数理モデルの定式化 銀ナノ粒子配線のEM損傷機構に関し、銀ナノ粒子の凝集した結晶粒間の粒界拡散が支配的な拡散経路であることが実験的な検討から明らかになった。一般的なEMの粒界拡散による損傷は電流の負極側で生じるが、銀ナノ粒子配線においては陽極側で損傷が生じる。そこで、この現象を再現するためには、配線内における結晶粒サイズの不均一性を考慮した原子拡散モデルを構築することが必要であることがわかり、その数理モデル作成に取り組んだ。
（Ⅱ）―２ 数値シミュレーション・コードの開発（H４計画） 銀の物性定数を用いた結晶粒界拡散のEM断線シミュレーションのコード開発に着手した。実現象再現のための第一ステップとして、結晶粒の不均一性を考慮しない数値シミュレーションを作成した。
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