拡散層を有する接合界面の機械的特性評価と界面強度に関する研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15760053
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 大宮 正毅 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助手 (30302938)
• Keywords: 界面 / はく離 / 薄膜 / はく離強度 / 劣化

Research Abstract

近年,高機能化・軽量化・高強度化などの目的から,種々の材料を組み合わせた接着・接合構造や複合材料の利用が活発に進められている.2つの異なる材料を接合する場合,その接合形態により接合部に2つの材料が合わさった中間層(拡散層)が存在することがある.拡散層の機械的挙動は非接合材とは異るため,その機械的特性を十分把握した上でマイクロ接合部の強度を議論する必要がある.そこで本研究では,拡散層の成長とそれが及ぼす界面強度への影響について明らかにすることを目的としている.
本年度は,界面強度を定量的に測定する実験方法の確立と,微小圧子押込試験による拡散層の機械的特性の測定を行った.
1.界面強度を定量的に評価する方法として,マルチステージピール試験法を提案した.この試験法を用いて,Si基板上のCu薄膜の付着強度の測定を行った.そして,Cu薄膜の厚さがはく離部先端に形成される塑性変形域の大きさに比べて十分薄い場合,エネルギバランスを考慮した界面はく離エネルギ評価式により界面強度が定量的に評価できることを示した.
2.同様に,PETフィルム上に形成したITO薄膜の界面付着強度を評価した.環境雰囲気による界面強度の変化を調べるために,120日間紫外線を暴露した試験片についても界面付着強度を調べた.その結果,紫外線を暴露すると,界面付着強度が大幅に低下することが示された.
3.2枚の銅板をはんだ材で接合した試験片を恒温槽中で一定期間時効させた後,除荷・冷却し,超微小圧子押込試験機で拡散層周辺の押込試験を行い,硬さ・弾性係数などの機械的特性を調べた.その結果,厚さ1ミクロン程度の金属間化合物層の機械的特性を評価することができた.

Research Products

• [Publications] M.Omiya, H.Inoue, K.Kishimoto: "Evaluation of Interfacial Strength bu Multi-stages Peel Test"Key Engineering Materials. 261-263. 483-488 (2004)
• [Publications] 大宮正毅, 井上裕嗣, 岸本喜久雄: "界面結合力モデルを用いたマルチステージピール試験の有限要素解析"日本機械学会第16回計算力学講演会講演論文集. 03-26. 781-782 (2003)
• [Publications] 大宮正毅, 井上裕嗣, 岸本喜久雄, 谷中雅顕, 伊橋紀孝: "高分子フィルム上に形成した脆性薄膜の界面付着強度評価"日本材料学会第11回破壊力学シンポジウム講演論文集. 144-149 (2003)
• [Publications] 大宮正毅, 潘剛毅, 井上裕嗣, 岸本喜久雄, 谷中雅顕, 伊橋紀孝: "高分子基材上に形成した脆性薄膜の界面強度評価"日本機械学会M&M2003材料力学部門講演会講演論文集. 03-11. 461-462 (2003)
• [Publications] M.Omiya, K.Kishimoto, H.Inoue, W.Yang, M.Amagai: "Measurement of Interfacial Strength by Multi-Stages Peel Test"Proceedings of the 9th International conference on the Mechanical Behaviour of Materials. (CD-ROM). (2003)
• [Publications] 大宮正毅, 篠原良和, 井上裕嗣, 岸本喜久雄: "微小圧子押込法によるコーティング薄膜の界面強度評価"日本材料学会第52期学術講演会講演論文集. 326-327 (2003)