| 研究課題/領域番号 |
24760267
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| 研究機関 | 群馬大学 |
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研究代表者 |
小山 真司 群馬大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70414109)
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| 研究期間 (年度) |
2012-04-01 – 2014-03-31
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| キーワード | 微細接続 / 環境材料 / 精密部品加工 / 低温接合 / 金属塩 / 有機酸 / 表面改質 |
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| 研究概要 |
近年，拡散接合法は母材を溶融することなく固相状態で顕著な変形を加えず接合する方法であることから，精密組立に利用されるようになった．しかしながら現実の接合面は自然酸化皮膜で覆われており，接合界面特性を大きく支配してしまう．
そこで本年度は，環境調和型の有機酸を用いた自然酸化皮膜に対する表面改質効果について検討した．その結果，Sn/SnおよびSn/Cuを固相接合しようとした場合には200℃以上の接合温度を要したが，クエン酸により表面改質処理を施した場合は，Sn/Snにおいては40℃，Sn/Cuにおいては70℃以上低温でSn中で母材破断する継手が得られることが明らかとなった．さらに，はんだレスCu/Cu直接接合についても検討を進めた結果，改質処理を施さなかった場合，実用強度に達する接続部を得るための接合温度は400℃であったが，クエン酸を用いた改質処理を施すことで100℃以上低温で同等の接続強度を有する継手が得られることが明らかとなった．
有機酸による表面改質作用を調べるため，X線回折(XRD)，X線光電子分光法(XPS)などを用いて表面解析した結果，クエン酸をはじめとする有機酸に自然酸化皮膜を含む接合面を曝露することで，金属塩の生成と酸化皮膜の膜厚減少を生じることが分かった．また示差走査熱量測定(DSC)により生成させた金属塩の熱分析を行った結果，接続部の強度上昇を生じた接合温度域で熱分解することが分かった．したがって，これらの改質作用が接合温度の低温化に大きく寄与していることが明らかとなった．
これらの低温接合技術は，消費エネルギーの低減と接続部の微細化の歩留まりを解消する工法として期待され，接合界面の金属間化合物(脆弱層)形成を最小限に抑えられることから，高い信頼性が要求される接続部への適用等，要素技術として期待される．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
本申請研究では，Sn/Sn，Sn/Cuなどの接続部に対し，環境調和型の有機酸を用いた改質操作による還元作用を利用した低温固相接合を主題としている．
本年度は主としてSn/SnおよびSn/Cuについて有機酸にクエン酸を用いて検討を進めた結果，Sn/Cuにおいては目標値（接合温度180℃）を十分に上まわり（160℃），またSn/Cuにおいても目標値（接合温度160℃）を達成できた（130℃）．さらに平成25年度の研究テーマであるはんだレスCu/Cu直接接合についても検討を開始しており，これまで有機酸にクエン酸を用いた場合，目標値（接合温度350℃以下）を大きく上回る結果（300℃）が得られていることから，この評価とした．
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| 今後の研究の推進方策 |
研究計画通り，電子実装の今後期待される要素技術であるはんだレス接合について検討を進める．具体的には，平成24年度に得られた成果を発展的に利用し，Cu/Cu，Al/Alなどの同種金属間の接合部を対象として，(1)ワイヤーボンディングを想定した各種金属材料の細線と基板電極材料板材を加熱・加圧しながら接合し，(2)はく離強度試験により接続部強度評価を行い，(3)接合界面組織についても調査する．
さらに，低温固相接合を様々な分野のニーズに適用させるため，幅広い金属材料を研究対象とし，各種めっき表面や半導体用配線材料など，市場ニーズを調査することで改質処理の実用化研究を実施する．
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| 次年度の研究費の使用計画 |
電子実装において，めっきによる電極形成法は要素技術であり，多用されている．そこで多様化する金属組成に対応するため，めっき実験装置および金属部材を計上している．また，Snは酸化されやすいため，改質済試料の保存用真空デシケーターを計上している．さらに，本申請研究で得られた成果発表のための旅費および論文投稿料を計上している．
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