2018 Fiscal Year Annual Research Report
Lightweight and Smart Hybrid Materials by Low Temperature Ambient Bonding
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17H01275
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
重藤 暁津 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, 主幹研究員 (70469758)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
水野 潤 早稲田大学, ナノ・ライフ創新研究機構, 上級研究員(研究院教授) (60386737)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 接合 / ハイブリッド / 低温大気圧 / 構造材料 / 電子実装 / IoT |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2018年度は，異種構造材料・電子基板材料の低温大気圧ハイブリッド接合による複合化を目指した接合プロセス条件の明確化を主に行った．研究過程で，当初の想定を超える成果，すなわち「異種材料を接合するだけではなく，接合と同時に耐水性などの信頼性を向上し得る界面構造」の可能性が見いだされたため，その検証を優先するように一部研究計画を変更した．そのため，当初は2018年度に実施する計画であった実用性検討用の接合機構（装置）開発を2019年度に繰越した．
当初計画した接合手法は，大気圧窒素雰囲気中に水やアンモニアなどの蒸気を微量含有し，そこに波長200ナノメートル以下の真空紫外光を照射することで，表面に吸着している初期汚染物質分子層の除去・無機材料酸化物などの表皮層の一部還元・陽イオンサイトへの水和物などの架橋性官能基層の形成を単一プロセス内で行うというものである．その過程で，無機材料と架橋層の間に多座配位した無機カルボン酸塩を形成することで，無機 - 有機材料の組み合わせで不可避な加水分解劣化を平衡状態にする（鈍化させる）ことが可能であることを見い出した．この架橋構造は，エタノールなどの環境負荷の低い低級アルコール溶媒を用いることで形成可能であることがわかった．そのため，2019年度にかけて，この極薄架橋皮膜成長挙動の定量化を優先して行うことにした．
これにより繰越となった案件は，異材低温大気圧ハイブリッド接合をより実用に即した形状で実施し，既存工業生産過程への適用性を検討するための，A4程度の大きさの小型ロール to ロール接合機構である．本繰越案件は，2019年度中に設計・製作・実働評価を完了している．
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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
- 2019年度中に，繰越したロール to ロール接合機構の設計試作は完了している．
- 当初計画していた，水和物や窒化物の極薄架橋層を介した異材接合技術の開発に加え，接合と同時に耐水性などの信頼性向上に資する界面構造を創製できるプロセス開発も並行して実施している．
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| Strategy for Future Research Activity |
2019年度は，耐水性を有する有機 - 無機低温大気圧接合プロセス条件の明確化・定量化を主に行う．また，本手法を用いた「薄型センサ基板内蔵ハイブリッド構造材料」構築による実働性評価のための基礎設計を行う．
接合プロセス条件の明確化に関しては，架橋性物質として，当初計画で用いられてきた水やアンモニアに加え，紫外線分解を受けた時に人体に有害な成分が発生しにくい低級アルコールを主に用いる．雰囲気中に含有されたアルコール分子数と紫外線照射時間の積をパラメータとして，架橋成長挙動を定量化するとともに，界面形成メカニズムの明確化を電子顕微鏡観察などを通して行う．
実働性評価に関しては，歪センサ基板を有機 - 無機ハイブリッド構造材料の界面に封止接合するための構造設計を，連携研究者主体で開始する．2019年度中に製作を完了するロール to ロール接合機構を用いることを前提とする．
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