還元反応を利用したナノ粒子その場生成による低温接合法の開発とマイクロ接合への適用

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23360322
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 材料加工・処理
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 廣瀬 明夫 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70144433)
• 研究分担者: 佐野 智一 大阪大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (30314371) ; 小椋 智 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教 (90505984)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 接合 / ナノ材料 / 界面制御 / 焼結 / 還元反応 / 有機溶剤 / 実装

研究概要

酸化銀などの金属酸化物を有機溶剤で還元した際に生成する金属ナノ粒子の低温焼結機能を利用して、各種金属を低温で接合する接合法を開発した。本接合法により金、銅、ニッケル、アルミニウムが接合可能であった。自然酸化膜のない金は直接接合可能であり、銅、ニッケルは表面の自然酸化膜が接合過程で還元されて被接合材金属との直接接合が達成された。一方、アルミニウムのように酸化物が還元できない金属は、アルミニウムの自然酸化膜を介して接合が達成されることが分かった。また、銅の接合では、酸化銀に酸化銅を一定の割合まで添加した混合ペーストを用いることで、酸化銀のみを用いた場合より接合性が向上することが分かった。

研究成果

• [雑誌論文] Bondability of copper joints formed using a mixed paste of Ag_2O and CuO for low-temperature sinter bonding (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Ogura, T. Yagishita, S. Takata, T. Fujimoto and A. Hirose
  • 雑誌名: Materials Transactions 巻: Vol. 56, No. 6 ページ: 860-865
  • DOI: 10.2320/matertrans.MD201202
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of polyethylene glycols with different polymer chain lengths on the bonding process involving in situ formation of silver nanoparticles from Ag_2O (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Yagishita, T. Ogura and A. Hirose
  • 雑誌名: Materials Transactions 巻: Vol. 56, No. 6 ページ: 866-871
  • DOI: 10.2320/matertrans.MD201201
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of solvents in polyethylene glycol series on the bonding of copper joints using Ag_2O paste (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Takata, T. Ogura and A. Hirose
  • 雑誌名: Journal of Electronic Materials 巻: Vol. 42 ページ: 507-515
  • DOI: 10.1007/s11664-012-2354-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interfacial Bonding Behavior between Silver Nanoparticles and Gold Substrate Using Molecular Dynamics Simulation (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Ogura, M. Nishimura, H. Tatsumi, W. Takahara and A. Hirose
  • 雑誌名: Materials Transactions 巻: Vol. 53 ページ: 2085-2090
  • DOI: 10.2320/matertrans.MB201201
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of Au and Pd Additions on Joint Strength, "Electrical Resistivity and Ion-migration Tolerance in Low-temperature Sintering Bonding using Ag_2O Paste (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Ito, T. Ogura and A. Hirose
  • 雑誌名: Journal of Electronic Materials 巻: Vol. 41 ページ: 2573-2579
  • DOI: 10.1007/s11664-012-2167-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] 高温使用環境に適合した鉛フリー接合技術 (2012)
  • 著者名/発表者名: 廣瀬明夫
  • 雑誌名: 電子情報通信学会論文誌 C 巻: Vol. J95-C ページ: 271-278
  • 査読あり
• [学会発表] Metal-to-metal bonding process using Ag nanoparticles derived from reduction of Ag_2O by polyethylene glycols (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Hirose, T. Ogura and S. Takata
  • 学会等名: International Conference on Processing & Manufacturing of Advanced Materials (THERMEC' 2013)
  • 発表場所: Las Vegas, USA
  • 年月日: 20131202-06
  • 招待講演
• [学会発表] Joining Technology through Sintering of Nano Scale Particles (2012)
  • 著者名/発表者名: A. Hirose
  • 学会等名: International Conference on Nanojoining and Microjoining (NMJ 2012)
  • 発表場所: Tsinghua University, Beijing, China
  • 年月日: 20121202-05
  • 招待講演
• [学会発表] Low-temperature joining technique for electronics packaging by sintering of nano-scale Ag particles (2012)
  • 著者名/発表者名: A. Hirose
  • 学会等名: International welding/Joining Conference (IWJC2012)
  • 発表場所: Jeju, KOREA
  • 年月日: 20120508-11
• [学会発表] Effects of Particle Size and Solvent on Bondability of Metal-to-Metal Bonding Using Silver Nanoparticle Paste (2011)
  • 著者名/発表者名: A. Hirose, T. Ogura, Y. Konaka, E. Ide and T. Morita
  • 学会等名: Materials Science & Technology 2011 (MS&T11)
  • 発表場所: Columbus, Ohio, USA
  • 年月日: 20111016-20
  • 招待講演
• [学会発表] Low Temperature Sintering Bonding Process Using Ag Nanoparticles Derived from Ag_2O for Packaging of High-temperature Electronics (2011)
  • 著者名/発表者名: A. Hirose, N. Takeda, H. Tatsumi, Y. Akada, T. Ogura, E. Ide and T. Morida
  • 学会等名: International Conference on Processing & Manufacturing of Advanced Materials (THERMEC'2011)
  • 発表場所: Quebec, Canada
  • 年月日: 20110801-05
  • 招待講演
• [図書] 精密加工と微細構造の形成技術 (2013)
  • 著者名/発表者名: 廣瀬明夫, 他
  • 総ページ数: 701-709
  • 出版者: 技術情報協会