2021 Fiscal Year Annual Research Report
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21H01666
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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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) |
倉本 繁 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (10292773)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 超音波接合 / その場観察 / 透過型電子顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
透過型電子顕微鏡にCCDカメラを搭載し超音波接合のその場観察に応用した。この結果広い領域で転位など格子欠陥の挙動を捉えることが可能になり、実験効率が大きく改善した。
開発した超音波接合試料ホルダーにAlの薄片試料を取り付け単純に超音波印加を印加した場合、試料中の転位などの格子欠陥の形態は変化しなかった。これから、試料に組織変化を生じさせるためには、超音波振動している試料を静止している試料に接触させ、積極的に塑性振動を誘起させる必要があることが分かった。また印加電圧を増加させることで超音波振動の振幅を増加させられることも確認できた。
超音波接合ホルダーに２枚のAl薄片試料を取り付け、超音波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。これらのナノ結晶は薄片試料間を動き回り、大きく成長したり、試料間に集積したりすることで微細粒領域を形成した。超音波接合後に接合界面に微細粒を有する試料に対して引張試験を行ったところ、ある程度の強度を有していることが確認され、微細粒領域が接合界面形成に一定の寄与をしていることが示唆された。また、超音波振動の接触領域では、接触の状態により転位などの挙動が異なることが分かってきた。狭い領域が接触する場合は、接触領域はほとんど変形せず切削された。これに対して広い領域が継続的に接触する場合は、接触領域が連続的に変形し、多くの転位がランダムに導入されることが分かった。
超音波接合は半導体基板とワイヤの接合に適用されている。この場合、局所的には被接合体を覆うAuとAgの被覆部が超音波接合により一体化されている。そこでAuとAgの超音波接合その場観察を試みた。接合部ではAuとAgのナノ粒子が生成、それらが混合することで接合部を形成する接合過程が観察された。
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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
透過型電子顕微鏡に本申請で購入したCCDカメラを搭載した。この結果、超音波接合のその場観察において広い領域で微細組織変化を捉えることが可能になった。動画の記録などに若干制約があり、さらに最適化が必要なものの実験効率は大きく改善した。
また、試料の接触状態により超音波印加における材料の挙動が変化することが明らかになった。さらに異なる材料における接合過程の違いについての研究も進んできている。現在までにAl、Cu、Mg、Ag、Auなどの試料に対して予備観察が出来た。今後格子欠陥の挙動を捉えるためにはノイズの低減など試料ホルダーのさらなる改良、観察試料の配置の最適化など課題は多いが、現状ではおおむね順調に実験は進展していると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
CCDカメラを透過型電子顕微鏡に搭載することで、広い領域における転位などの格子欠陥、微細組織の変化などを捉えることが可能になった。しかしながら超音波接合をする際に、電源に起因すると考えられるノイズにより観察像がしばしば乱れ、空間分解能が低下することが分かってきた。そこで超音波接合用電源内やコードなどのシールドや、フィルタを入れることによるノイズの低減、解像度の向上を試みる。
また、超音波接合その場観察ホルダーによる実験から、Alの超音波接合では様々なサイズのナノ結晶が生成し、被接合材同士を接触させた時に出来るギャップに集積して接合界面を形成することが明らかになった。本年はさらにこの接合界面の微細組織を詳細に観察することで欠陥や空隙などの様子を明らかにし、接合体の強度発現因子を考察する。
さらに接合時に材料内部で転位が移動する様子も観察することが可能になってきた。しかしながらその詳細を明らかに出来るだけの観察機会を確保することは困難であった。これは現在の実験で扱っている多結晶体では、結晶方位により光学的に転位のコントラストが消滅してしまうことが多いためである。そこで本年度は単結晶や集合組織を持つ材料を被接合材料として、結晶方位を制御した実験を行う。これによりバルクの接合で観察される亜粒界の生成過程や、転位同士の交接による点欠陥の生成などの様子を明らかにすることを試みる。
様々な材料の接合過程、生成する格子欠陥の違いについても引き続き実験を進め、微細組織の比較検討に必要な実験方法を確立する。
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