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2020 年度 実績報告書

Zn/Al/Niハイブリッド機能膜を用いた新奇SiCパワー素子接合プロセスの創出

研究課題

研究課題/領域番号 19H02044
研究機関京都先端科学大学

研究代表者

生津 資大  京都先端科学大学, 工学部, 教授 (90347526)

研究分担者 三宅 修吾  神戸市立工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (60743953)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワードAl/Ni/Zn多層膜 / 自己伝播発熱反応 / 瞬間反応 / ダイシング / クラックフリー
研究実績の概要

本研究では,“ピンセットで突く”等の単純な機械刺激のみで0.1秒未満に約1300J/gもの熱量を発するAl/Ni発熱多層膜を用い,パルスレーザー多点同時照射技術と組み合わせることで,SiCウェハの接合とダイシングを瞬間的かつ連続的に完了させる新規デバイス加工プロセスを提案する.具体的には,Al/Niスパッタ多層膜を熱源としたSiCウェハの瞬間接合において,パルスレーザーを用いた複数点同時反応誘起技術で反応後のNiAl合金内部に生じるクラックを人為的に賽の目状に形成し,それをダイシングストリートとして上下のSiCウェハを同一レーザーでダイシングすることで,今までにない高スループットなSiCチップ接合体の加工プロセスを確立する.コンビナトリアル三源スパッタ法で延性Al/Ni発熱膜とZn/Al接着膜のハイブリッド機能膜(Zn/Al/Ni多層膜)を創製し,クラックフリーな接合体の製造を実現する.
2年目となる2020年度,レーザー反応誘起実験システムを使ってAl/Ni多層膜に2点同時レーザー照射し,2点で反応誘起させてクラック制御を試みた.その結果,バイレイヤー厚によって反応開始タイミングと反応伝播速度が異なることがわかった.クラックを2つの反応点の中央に人為的に作る実験技術の基礎を構築できた.また,接合したチップには反応衝突位置にできるクラック以外に,反応伝播方向と平行なクラックと,それに垂直な微小クラックの3種類が存在することがわかった.後者2つのクラックを如何に抑制するかが今後の課題である.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

複数点レーザー反応誘起システムを構築し,様々なバイレイヤー厚を持つAl/Ni発熱多層膜の反応誘起実験ならびにクラック制御実験を行った.クラック制御については概ね順調に進んでいる.一方,Al/Niの瞬間発熱性とAl/Znの接着性の双方の機能を併せ持つAl/Ni/Znハイブリッド多層膜については,製膜装置の不具合のために予定より遅れが生じている.スパッタリング装置の修理と調整にかなりの時間を費やしてきたが,概ね解決できたためにこれから実験を進めていく.

今後の研究の推進方策

Al/Ni/Znハイブリッド多層膜の製膜を行い,発熱機能と接着機能の双方を併せ持つことを実験的に確認する.電気刺激に加え,機械刺激そしてレーザー刺激などの複数の方法で反応誘起させ,反応伝播の様子や接着層の溶融の様子を詳細に観察・評価する.また,この膜を使って2点同時レーザー照射反応誘起実験を行い,クラックのでき方を評価する.瞬間接合と同時に人為的にクラック位置と向きを制御できる実験技術と条件を確立する.

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2020 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Influence of bonded area size on cracking in reacted NiAl layer for crack-free reactive soldering2020

    • 著者名/発表者名
      Maekawa Kana、Ito Shun、Namazu Takahiro
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 59 ページ: SIIL01~SIIL01

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ab769b

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mechanical shock-induced self-propagating exothermic reaction in Ti/Si multilayer nanofilms for low-power reactive bonding2020

    • 著者名/発表者名
      Kuntani Yasuhiro、Goto Daiki、Maekawa Kana、Kodama Kenta、Kanetsuki Shunsuke、Miyake Shugo、Namazu Takahiro
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 59 ページ: SIIL09~SIIL09

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ab827f

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Exothermically reactive titanium?silica nanoparticles2020

    • 著者名/発表者名
      Shindo Michiko、Kiyohara Keita、Inoue Keita、Kodama Kenta、Namazu Takahiro
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 59 ページ: SIIL06~SIIL06

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ab8283

    • 査読あり
  • [学会発表] Effect of molten salt reduction on exothermic characteristics of titanium/reduced-silica nanoparticles2020

    • 著者名/発表者名
      Michiko Shindo, Yuga Kumakiri, Ryosuke Terasawa, and Takahiro Namazu
    • 学会等名
      33rd International Microprocesses and Nanotechnology Conference, MNC2020
    • 国際学会
  • [学会発表] Shape comparison in alumina and silica porous nanoparticles2020

    • 著者名/発表者名
      Yuga Kumakiri, Michiko Shindo, and Takahiro Namazu
    • 学会等名
      33rd International Microprocesses and Nanotechnology Conference, MNC2020
    • 国際学会
  • [学会発表] Al膜を接合層としたAl/Ni瞬間接合技術2020

    • 著者名/発表者名
      児玉健太,門口卓矢,後藤大輝,訓谷保広,前川夏菜,生津資大
    • 学会等名
      日本機械学会 関西学生会2019年度学生員卒業研究発表講演会
  • [学会発表] Al/Ni瞬間接合における発熱層とはんだ層の自立化の効果2020

    • 著者名/発表者名
      前川夏菜,金築俊介,児玉健太,生津資大
    • 学会等名
      日本機械学会 関西学生会2019年度学生員卒業研究発表講演会
  • [学会発表] Al/Ni発熱多層膜とはんだ膜の自立化が瞬間接合体の機械信頼性に及ぼす影響2020

    • 著者名/発表者名
      前川夏菜,金築俊介,児玉健太,生津資大
    • 学会等名
      2020年度日本機械学会年次大会
  • [学会発表] Al膜を接着層としたAl/Ni瞬間接合体作製の試み2020

    • 著者名/発表者名
      児玉健太,門口卓矢,金築俊介,前川夏菜,生津資大
    • 学会等名
      2020年度日本機械学会年次大会
  • [学会発表] Al/Ni 発熱多層膜を用いた真空封止技術における MEMS 振動子による真空度評価2020

    • 著者名/発表者名
      松本有紀子,児玉健太,生津資大,土屋智由
    • 学会等名
      2020年度日本機械学会年次大会
  • [学会発表] 多点レーザー反応誘起技術を用いた Al/Ni 多層膜の発熱性能定量化2020

    • 著者名/発表者名
      前川夏菜, 児玉健太, 三宅修吾, 生津資大
    • 学会等名
      2020年度日本機械学会年次大会
  • [学会発表] Al/Ni 瞬間接合体内部のクラックとボイド形成に及ぼす Al 接着層厚さの影響2020

    • 著者名/発表者名
      児玉健太, 前川夏菜, 生津資大
    • 学会等名
      日本機械学会第11回マイクロ・ナノ工学シンポジウム
  • [備考] 生津研究室HP

    • URL

      https://lab.kuas.ac.jp/~namazu/

URL: 

公開日: 2021-12-27  

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