2016 Fiscal Year Annual Research Report
A Study on Power Accumulation Method of Surface Acoustic Standing Wave for Precise Joining by using MHz-band ultrasonic Oscillation
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26420057
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| Research Institution | Takushoku University |
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Principal Investigator |
渡辺 裕二 拓殖大学, 工学部, 教授 (30201239)
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2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 弾性表面波 / 超音波接合 / 超音波金属溶接 / 高周波強力超音波 |
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| 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。
昨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。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することとした。
今年度は、接合位置において充分な変位振幅を得るため、正八角形のPZT基板（富士セラミック：C-213）の表面に、45°ずつ角度間隔をあけた４組のSAW共振器を構成し、それぞれのパワーを合成する方式とした。その結果、微弱ではあったが金箔接合において強度が測定できた。ニオブ酸リチウム基板との特性の違いから、さらに高い周波数が必要であるとの認識に至っている。
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