2017 年度実施状況報告書

マイクロデバイスの高気密封止のための金属の常温接合に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号	16K06034
研究機関	国立研究開発法人産業技術総合研究所
研究代表者	倉島優一国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (70408730)
研究分担者	高木秀樹国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 総括研究主幹 (00357344) 鈴木健太国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (60709509)
研究期間 (年度)	2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード	常温接合 / MEMS / 表面平滑化
研究実績の概要	マイクロデバイスの気密封止には金メッキによる封止枠等が広く用いられているが、メッキによる金の表面は非常に粗いため、高温・高圧下で金を変形させて接合面同士の密着を図る必要がある。このため熱膨張係数の異なる異種材料を含むマイクロデバイスのような場合には、接合後に熱応力が残留するなどの問題がありデバイス特性を悪化させる原因になっていた。本提案では、超平滑な基板表面にスパッタ成膜された金薄膜を封止基板上の金メッキ表面に写しとる手法を開発し、表面活性化常温接合へ適応を図る。これまでに、提案している上述した方法によって封止基板上の金メッキ封止枠表面に原子レベルで平滑な面を形成できることを確認している。そこで、この原子レベルで平滑な封止枠を用いて表面活性化常温接合を行い接合特性の評価を行った。まず、４インチSiウエハ上の金メッキ枠表面に写し取られた金薄膜と４インチSiウエハ上にスパッタ成膜された金薄膜表面の両方にArのRFプラズマを照射し、表面に吸着している有機物等を除去して表面を活性化した。その後、加圧保持時間１分で接合部にかかる圧力を最大90MPaの条件の下、常温大気雰囲気中で接合した。6mm角に切り出した後に接合強度を引張り試験により評価した。その結果、接合強度は225 MPaと従来の熱圧着法により接合した場合と同程度の高い接合強度が得られた。また、引張試験後の接合界面も熱圧着と同様にSi基板の母材からの破断が見られた。以上から提案している手法により、常温大気雰囲気中で高強度な接合が可能であると結論づける。今後は気密性の評価を行う予定である。
現在までの達成度 (区分)	現在までの達成度 (区分) 2: おおむね順調に進展している理由提案している手法により、金メッキ上に原子レベルで平滑な面を形成し、この表面を用いて表面活性化常温接合に適応したところ、高強度な接合を実現させることが出来た。このことから、研究は概ね順調に進展している。
今後の研究の推進方策	来年度は最終年度になるが、これまで主に、接合表面の形状や接合特性に関して評価してきた。実際のMEMSデバイスのパッケージングなどへの応用を考えた際に気密封止が必要となる。このため、最終年度は気密性の評価を中心に研究を進めていく予定である。
次年度使用額が生じた理由	本年度も研究が当初想定していた以上に進展した。このため、特にメッキ液などの実験サンプル作製に必要な消耗品にかかる支出が抑えられた。しかし、来年度は気密性評価等これまでの知見が無く、予想した以上の気密封止用サンプルの作製や気密性評価機関への外注等により必要以上の経費が見込まれる。