2021 Fiscal Year Research-status Report
金属塩の生成・分解挙動の可視化とマルチマテリアル造形技術への応用
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20K04592
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| Research Institution | Gunma University |
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Principal Investigator |
小山 真司 群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (70414109)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
荘司 郁夫 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (00323329)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 固相接合 / 液相拡散接合 / 金属塩生成接合法 / インサート金属 / アルミニウム / 銅 / 電子風 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、電子デバイスの製造プロセスにおける３つの課題解決に向け取り組んでいる。（１）従来の溶融接合法と異なり部分溶融あるいは完全固相接合により電子実装の高密度化と微細接合を実現し、接合部の反応層を極限まで抑制することで接続信頼性を向上させる。（２）接合阻害因子である酸化皮膜を有機酸により金属塩被膜に置換・除去することで、フラックスレスを実現し、同種・異種金属間の直接接合を目指す。（３）接合表面および界面の物理化学的検証と金属塩被膜の熱分解挙動の可視化による標準接合技術化を目指す。
これらの主題のもと、接合阻害因子である酸化皮膜を低温で熱分解する金属塩に置換・除去し、接合中の加熱により金属面を露出させる金属塩生成接合法を様々な材料や形状を有した接合部に適用し、その効果を検証した。
A6061アルミニウム合金どうしの部分液相拡散接合において、Znインサートシート表面に金属塩被膜付与を施すことで、施さなかった場合に比べ2倍以上の接合強度が得られた。これは、界面微細組織観察および破面解析の結果、接合温度近傍における金属塩被膜の熱分解によってインサートシートと被接合材との共晶反応が促進されたためであることが明らかとなった。
クロム銅どうしの直接接合部において、アルカリ処理と金属塩被膜処理のハイブリッド処理により、処理を施さなかった場合に比べ約5倍の接合強度が得られた。これは、各種化学分析の結果、金属塩被膜の生成・熱分解作用に加えて、アルカリ処理を施すことで接合界面近傍のCrが溶出し、軟化領域の生成と酸化物の再生成が抑制されたためであることが示唆された。
Cuどうしの直接接合部において、金属塩被膜を付与したCuナノ粒子を挿入することで、処理を施さなかった場合は接合されなかったものの、処理を施すことで250℃以上の接合温度ではんだ強度に匹敵する接続強度が得られた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究では当初、金属塩被膜処理のドライプロセス化の検討と、各種インサート材への処理効果の評価を予定していた。しかしながら、Cuナノ粒子を中心とした金属塩被膜処理の最適厚さの検討に加えて、接合強度への影響調査も完了したため、第３年度の課題である金属塩被膜の生成・分解挙動の可視化にも着手している。
よって、当初の計画以上に進展しているとした。
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| Strategy for Future Research Activity |
既に検討を開始している金属塩被膜の生成・分解挙動の可視化に関する研究を実施し、接合条件の緩和に向けた接合部形成技術の開発を推進する。また、継続して検討中の電気アシスト接合法援用による金属塩生成接合法についても引き続き汎用化を目指す。
一方で、非鉄金属材料をはじめ精密接合を必要とする材料が多用していることから、市場ニーズに合致した改質処理の実用化に向けた試験研究を推進する。
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