2015 Fiscal Year Research-status Report

弾性表面波定在波の合成によるＭＨｚ帯域の微小振幅超音波接合装置の開発

Research Project

Project/Area Number	26420057
Research Institution	Takushoku University
Principal Investigator	渡辺裕二拓殖大学, 工学部, 教授 (30201239)
Project Period (FY)	2014-04-01 – 2017-03-31
Keywords	超精密加工 / 超音波精密加工 / MHz帯超音波 / 弾性表面波 / 強力超音波 / 圧電応用 / 超音波接合
Outline of Annual Research Achievements	本研究では強力超音波発生用MHz帯域弾性表面波（SAW）素子としてPZT基板を用いる。電子部品で多く利用されるニオブ酸リチウム基板など圧電結晶体では、超音波接合など強力超音波応用時の重荷重に耐えられないからである。そこでPZT基板について接合用基板としての性能を評価した結果、発生力が大きいハード材を採用することに決定し、電極構成は発振器と反射器を組み合わせたファブリペロー共振器方式とした。以上を踏まえ、接合用素子として充分な振動変位振幅を得るために、最適設計プログラムを作成した。既存のSAW素子の特性とシミュレーション結果はよい一致を示したため、アルミニウム電極を1μm厚でフォトエッチングにて生成するという条件に対して最適設計値を求めた。本年度はその結果を基に、基板端面近傍の電極生成加工の困難さや接合に要する面積の再検討を行い、幅30mm、厚さ20mm、長さ90mmのPZT（富士セラミック：C-213）基板に、発振器電極16対、反射器電極34対の2.7MHzのSAW素子を製作した。電極位置の振動変位測定を行ったところ、従来のニオブ酸リチウム基板と今回の試作素子で同程度の振幅（約40nm：P-P値）が得られたことから金箔接合を試みたところ、微弱な強度ではあったが接合状態を確認した。なお、基板上に滴下した水の噴霧状態はPZT素子の方が劣っているため、SAWの減衰状況を確認し、接合位置において充分な振幅を確保する方法を検討している。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 平成２６年度において、在来の振動解析ソフトによる振動状況の把握だけではなく、電極生成の最適設計プログラム作成の必要性が高まったため、電極の厚さなど詳細にパラメータを設定できるシミュレーションプログラムを新たに開発した。この開発に要した期間分（約２か月）の遅れが生じ、現在までに挽回するに至っていない。なお、本年度に導入したデジタル顕微鏡用自動ステージにより、生成した電極の仕上がりが精査できるようになった。基板端面付近の加工精度の低下などが実際に確認できたため、その位置の加工を避けるなど、今後の設計に適用していく。
Strategy for Future Research Activity	現在までに、PZT基板においてもニオブ酸リチウム基板と同程度の振動変位振幅が得られることを確認し、金箔の接合実験に至っている。今後は、上記２種類の基板についてSAWの伝搬距離と減衰状態の関係を確認し、接合に必要な振幅を確保できる伝搬長を見積もる。その結果を踏まえて、本研究の目標であるSAW合成方式に用いる素子を設計・試作する。当該素子は現有のデジタル顕微鏡（自動ステージを設置）により、SAW素子の全面について電極加工の精度を迅速に検証する。その後、フリップチップのバンプ接合に適用するための装置構成について検討する。
Causes of Carryover	電極生成加工について、当初は３ないし４回を予定していたが、前年度の設計による素子を製作して接合実験に供したところ、全く接合状態に至らなかった。そこで接合装置の再構成や一部変更を行った。同時に、接合に要する面積の再検討を行い、その結果に基づく基本構成について、最適設計プログラムにより電極配置や電極本数の最適化を行った。したがって本年度の加工委託は１回に留まった（ただし電極材料はAgとAuの２種類を試みた）。また、学会発表もなかったため、それに伴う旅費も発生しなかった。
Expenditure Plan for Carryover Budget	SAW定在波の合成により、振動変位の節（変位が最小になる位置）が消滅することから、本研究では２種類の合成方式を考えている。昨年度までに行った一次元伝搬の知見を基に、４方向からのSAWを合成する。そのためのPZT圧電基板（表面研磨）とフォトエッチングによる電極生成の費用とする。また、最終年度としてしかるべき学会・国際会議にて発表予定であることから、その旅費とする。