2015 Fiscal Year Annual Research Report
プラチナ触媒を使ったギ酸処理による低温接合手法の開発
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26289247
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
須賀 唯知 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40175401)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | ぎ酸 / プラチナ触媒 / 低温接合 / ハイブリッド接合 / 水素ラジカル / ナノ密着層 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、有機材料やガラス、半導体・金属など対象材料を特定せずに幅広く適用できる新しい低温接合技術として、ナノ密着層にPt触媒を利用したギ酸処理による接合手法を新たに提案するものである。特に、その接合プロセスを確立し、接合のメカニズムを解析するとともに、この手法をさまざまなデバイスの集積化に関わる接合へ適用し、その有効性を検証することを目的としている。
本年度は、昨年に引き続き、提案するプロセスの基本的メカニズムをさらに明確にした。ギ酸ラジカルの評価のために、昨年度の分析に加え、熱重量分析 (TG) と四重極質量分析 (QMS) を同時に計測する TG/DTA-QMS 分析器を用いた分析を行った。その結果、酸化銅 (II) および酸化銅 (I) はギ酸により 200 °C付近から還元が始まること、Pt触媒の効果により、活性化エネルギーが低減され、還元温度を下げることができること、Cuの還元反応は吸着ギ酸とギ酸が分解されて生じたガスによる還元反応の二段階の反応であること、などのPt触媒の効果の詳細が明らかとなった。
この手法をポリマフィルムへのナノ密着層へ適用し、ナノ密着層を形成する手法としてSiスパッタとAr高速原子ビームを組み合わせ、CuおよびSi酸化膜にまず適用した。その結果、Siナノ密着層により水が効果的に分解し、水酸化物を形成することが大気中の接合に寄与していることがわかった。さらに、これをCuと樹脂（COP）のハイブリッド接合へ適用し、ギ酸活性化による表面活性接合がCu-樹脂ハイブリッド接合に有効であることを明らかにした。その際の水素ラジカルを含むギ酸ガス処理の温度および処理時間のマップを詳細に調べ、200 °C以下の低温で接合が可能であることを示した。この結果は、半導体デバイスやMEMSの3D積層に必須のハイブリッド接合が実現可能であることを示している。
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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
提案するプロセスの基本的メカニズムについては、本年度の研究でほぼ明らかにすることができたといえる。
ポリマフィルムの常温接合でナノ密着層と組み合わせる試みについては、まずナノ密着層にSiを使うことで効果的に吸着した水が分解し、大気中での接合が可能であることが示され、基本的にCuとSiO2の接合であれば、ハイブリッド接合が可能であることがわかった。またCuと樹脂のハイブリッド接合については、このギ酸活性化接合が直接適用できことがわかった。
この両者を組み合わせる効果のメカニズム詳細については次年度に継続して検討する予定であるが、当初予定していたTSV（Through Silicon Via）基板の3D積層やパワーデバイスのダイボンディングについては、本年度の結果から、量産に適用できる具体的なデータを得ることができたという点で評価できると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、最終年度にあたることから、上記のメカニズムの詳細検討を行い、最終的な接合メカニズムの解明を行うことと、これまでの結果をデータベース化し、今後の具体的な適用の場合に重要となるプロセスウィンドウを明確にすることを目的とする。具体的には、フィルムデバイスの封止や太陽電池の積層、パワーデバイスの接合などへのナノ密着層＋ギ酸活性化の適用を検討する。
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Research Products
(5 results)
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[Presentation] 銅のギ酸還元反応に関する研究2016
Author(s)
藤野真久、松岡直也、赤池正剛、佐藤健太、須賀唯知
Organizer
エレクトロニクス実装学会春季講演大会
Place of Presentation
東京工業大学（東京都目黒区）
Year and Date
2016-03-22 – 2016-03-24
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