2017 Fiscal Year Research-status Report
鉛フリーはんだの大量生産に向けた共軸二重円筒回転粘度計による粘度測定に関する研究
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16K06812
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| Research Institution | Ibaraki University |
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Principal Investigator |
西 剛史 茨城大学, 工学部, 准教授 (70518331)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
太田 弘道 茨城大学, 工学部, 教授 (70168946)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 鉛フリーはんだ / 共軸二重円筒回転粘度計 / アレニウスプロット / 活性化エネルギー / 粘度評価式 / 酸化皮膜 / ダイラタント流体 / 濡れ性シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
溶融金属を取り扱う加工プロセスにおいて、流動性の基礎物性である粘度を知ることは流動特性を検討する上で必要不可欠である。しかし、鉛フリーはんだの粘度データに関しても、粘度測定で用いている容器回転振動法が容易ではないという理由から、信頼性のある実験データは殆ど存在しない状況であった。また、代替的手法を考えるにしても、鉛フリーはんだのような化学的に活性かつ低粘度という性質を有するものを対象とする場合は測定手法がかなり限定されてしまうという問題点があった。このような問題点を解決するため、共軸二重円筒回転粘度計を還元雰囲気にしたグローブボックス内に設置することにより、簡便に粘度測定が行える環境システムを構築した。鉛フリーはんだ試料として、Sn-4.0 wt.%Ag-0.5wt.%Cu, Sn-3.0 wt.%Ag-0.5wt.%Cu, Sn-1.0 wt.%Ag-0.7wt.%Cu, Sn-0.7wt.%Cuの4種類を選択した。いずれの合金も温度に対して負の温度依存性を示し、アレニウスプロットを取ると良好な直線関係が得られ、温度と粘度との評価式を作ることに成功した。各試料におけるアレニウスプロットで得られた粘性流動の活性化エネルギーと粘度の値は共に試料による大きな差が見られなかったことから、溶融状態における構造に大きさ差が見られなかったことを示唆している。また、表面をSEMで観察した結果、酸素の割合が多くなっていることから、表面の酸化被膜がニュートン流体として解析できず、ダイラタント流体として解析を余儀なくされた原因となったのではないかと推測している。温度と粘度との評価式を作ることに成功したことで、シリコン単結晶基板と鉛フリーはんだとの粒子法による濡れ性シミュレーションが可能となりつつある状況にある。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
鉛フリーはんだを対象とした温度をパラメータとした粘度評価式を作成することができた。あとは測定回数を増やして物性値の精度を向上させることで、温度だけでなくAg添加量をパラメータとした粘度評価式の構築が可能となるため、鉛フリーはんだの材料設計に必要な評価式を作成できる。この課題においては、最終年度であるH30年度で達成することが十分可能であることから、本研究課題の進捗状況については概ね満足している。最終年度には粘度評価式を用いたシリコン基板と鉛フリーはんだとの濡れ性のシミュレーションを試験的に行い、実際の現象との比較を行うことで、粘度データの検証についても行いたいと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
測定回数をさらに増やして物性値の精度を向上させ、鉛フリーはんだの材料設計に必要な温度とAg添加量をパラメータとした粘度評価式の構築することを第一の目標とする。また、シリコン基板と鉛フリーはんだとの濡れ性シミュレーションを試験的に行い、実際の現象との比較を行うことで、粘度データの検証についても行うことを第二の目標とする。
なお、濡れ性シミュレーションを正確に行うためには、シリコンとはんだとの濡れ角がある程度明確でないと十分なシミュレーションができない。そこで、セサイルドロップ法を用いた基板と鉛フリーはんだとの濡れ角の測定を追加で行うことにより、本研究課題が完結するものと考えている。
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| Causes of Carryover |
当初の計画よりも消耗品の購入がすくなくなったことが原因である。最終年度には追加の実験も行う予定であるので、使用額に関する問題は解消されると考えている。
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Research Products
(6 results)
