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X線回折援用引張試験法によるAu/Sn系薄膜材料の引張・せん断強度評価技術の開発

研究課題

研究課題/領域番号 17760091
研究種目

若手研究(B)

配分区分補助金
研究分野 機械材料・材料力学
研究機関兵庫県立大学

研究代表者

生津 資大  兵庫県立大学, 大学院工学研究科, 助手 (90347526)

研究期間 (年度) 2005 – 2006
研究課題ステータス 完了 (2006年度)
配分額 *注記
3,700千円 (直接経費: 3,700千円)
2006年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2005年度: 3,000千円 (直接経費: 3,000千円)
キーワード薄膜引張試験 / 薄膜剪断試験 / Au-Sn共晶はんだ薄膜 / スパッタリング / ヤング率 / ポアソン比 / 降伏応力 / 剪断定数 / 引張試験 / X線回折 / クリープ
研究概要

本研究の目的は,X線回折援用引張試験法によりマイクロマシン実装に用いられるAu-Sn共晶はんだ薄膜材料の力学特性評価を行うことである.当申請研究の初年度である平成17年度には,単軸引張試験装置の改良と三源マグネトロンスパッタリング装置の設計・開発を実施した.最終年度となる平成18年度には,主に下記に示す2つの研究を並行して1実施した.
(1)単軸引張試験によるAu-Sn薄膜の引張特性評価
(2)新規薄膜勇断試験技術の開発とAu-Sn薄膜の剪断特性評価
(1)の研究では,スパッタリングにより成膜したAu-20wt%Sn薄膜の単軸引張試験を行い,ヤング率,ボアソン比,降伏応力等の定量評価を行った.Au-Sn薄膜の引張応カー歪み関係は室温で脆性的であり,373Kまでの温度上昇に伴って降伏現象を示した.ヤング率および降伏応力は温度・引張歪み速度依存性を示し,温度の上昇および引張歪み速度の低下に伴って減少した.室温におけるヤング率は平均で53GPaであり,バルク材よりも22%程度低い値であった.また,Au-Sn薄膜の面外ボアソン比の平均値は室温で0.28であり,バルク材よりも30%低かった.本研究では,準静的引張試験に加えて引張クリープ試験を行い,クリープ変形挙動の定式化を試みた.Au-Sn薄膜は,遷移〜定常〜加速クリープを経て破断に至る典型的なクリープ変形挙動を示した.バルク材と比較して薄膜のクリープ強度は大きく低下しており,これは結晶粒形状の違いに起因するものと推察できる.定式化により遷移〜定常クリープ変形挙動を高精度に表現でき,得られたデータはクリープ変形を考慮したデバイス設計に有効であると考えられる.
(2)の研究では,ミクロン厚はんだ薄膜材料のための新規引張・せん断試験技術を新開発した.この試験片は,自由端にAu-Snはんだ薄膜を成膜した2つの単結晶Siカンチレバーを重ね合わせた構造であり,Siカンチレバーに引張負荷を加えるとAu-Sn薄膜に勇断変形させることができる.本技術により得られたAu-Sn接合のせん断強度は12〜17MPa,せん断定数は11.5〜13.3GPaであり,等方弾性理論より導出した理論せん断定数よりも38%低く,試験片形状に起因するものと推察した.

報告書

(2件)
  • 2006 実績報告書
  • 2005 実績報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2007 2006 2005

すべて 雑誌論文 (7件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Development of AFM Tensile Test Technique for Evaluating Mechanical Properties of Sub-Micron Thick DLC Films2006

    • 著者名/発表者名
      Y.Isono, T.Namazu, N.Terayama
    • 雑誌名

      IEEE/ASME Joint Journal of Microelectromechanical Systems 15・1

      ページ: 169-180

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Self-Propagating Explosive Reactions in Nanostructured Al/Ni Multilayer Films as A Localized Heat Process Technique for MEMS2006

    • 著者名/発表者名
      T.Namazu, H.Takemoto, H.Fujita, Y.Nagai, S.Inoue
    • 雑誌名

      Proceedings of The 19th IEEE International Conference on Microelectromechanical Systems, MEMS 2006

      ページ: 286-289

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Mechanical Property Measurements of Au-Sn Eutectic Solder Film by Tensile/Shear Deformation Tests2006

    • 著者名/発表者名
      T.Namazu, H.Takemoto, H.Fujita, S.Inoue
    • 雑誌名

      Proceedings of The 3rd Asia-Pacific Conference of Transducers and Micro-Nano Technology, APCOT 2006

      ページ: 228-228

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Determination of Elastic-Inelastic Constitutive Relationships for Sputtered Gold-Tin Film by Uniaxial Tensile Testing2006

    • 著者名/発表者名
      H.Fujita, H.Takemoto, T.Namazu, S.Inoue
    • 雑誌名

      Extended Abstracts of International 21st Century COE Symposium on Atomistic Fabrication Technology

      ページ: 63-64

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] XRD Tensile Test Technique to Measure Mechanical Properties of Micron-Thick Si and TiN Films2005

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Namazu, Shozo Inoue, Daisuke Ano, Keiji Koterazawa
    • 雑誌名

      Key Engineering Materials 297-300

      ページ: 574-580

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Mechanical Properties of Polycrystalline Titanium Nitride Films Measured by XRD Tensile Testing2005

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Namazu, Shozo Inoue, Hideki Takemoto, Keiji Koterazawa
    • 雑誌名

      IEEJ Transactions on Sensors and Micromachines 125・9

      ページ: 374-379

    • NAID

      130000083704

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Thermomechanical Characteristics of Sputtered Ti-Ni SMA Films for Derivation of Constitutive Equation2005

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Namazu, Shozo Inoue, Akinobu Hashizume, Keiji Koterazawa
    • 雑誌名

      Proceedings of The Eighth International Symposium on Sputtering & Plasma Process, ISSP 2005

      ページ: 283-286

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [図書] MEMSデバイスにおける加工・実装・評価技術全集,"MEMS材料の引張特性評価技術"(共同執筆)2007

    • 著者名/発表者名
      生津資大
    • 出版者
      (株)技術情報協会
    • 関連する報告書
      2006 実績報告書

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公開日: 2005-04-01   更新日: 2016-04-21  

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