超音波誘起格子欠陥の成因解明と制御

超声波引起的晶格缺陷的阐明和控制

基本信息

批准号：
21H01666
负责人：
岩本知広
金额：
$ 11.32万
依托单位：
Ibaraki University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01666/
关键词：
超音波接合その場観察透過型電子顕微鏡接合界面

项目摘要

超音波接合過程のその場観察を行うにあたって、まずAlのTEMによる予備観察を行った。これより、Al表面には数nmの厚さのアモルファス酸化物が存在していることが分かった。TEMで観察しながらこのAl片に超音波を印加し別のAlと接触させると、Alに大きな損傷を生じさせることなく酸化物が除去されることが分かった。超音波接合では酸化物の除去過程が重要であると考えられているが、実際にナノレベルのこの過程が観察されたのは、今回が初めてである。さらにこの除去過程では多数のナノ粒子が接合界面近傍に生成し、それらが試料間に集積することで接合を促し、微細粒領域を含んだ界面を形成した。これらのナノ粒子の微細組織観察、構造解析から、ナノ粒子は多結晶のAl粒子を含んでおり、このAlが接合に寄与することが明らかになってきた。またこの実験におけるハードウェア側の改良では、観察における様々な問題を検討した。超音波接合過程観察ホルダーにおいて、超音波振動に対する試料の形状や観察場所の影響を確認するため、とりつけた試料の様々な場所における超音波振動の状態をTEMにより観察した。その結果、同一の超音波を印加した場合でも試料の場所によって、振動の状態がかなり異なることが分かった。また、出力を低くすることで超音波振動の振幅を減少、空間分解能を上げ、転位などの微細組織を観察することが可能であった。一方、開発した試料ホルダーは外部ノイズや振動の影響を受けやすく、さらに詳細な解析に必要な分解能を得るのが困難であった。このため、超音波接合用電源内やコードなどのシールドによるノイズの低減を検討したが、それだけでは分解能低下を抑えることが難しく今後の検討課題となった。

在对超声波键合过程进行原位观察之前，我们首先使用TEM对Al进行了初步观察。这表明在Al表面上存在厚度为数nm的非晶氧化物。发现，通过对该Al片施加超声波并使其与其他Al接触，同时用TEM观察，氧化物被去除，而不会对Al造成任何大的损伤。氧化物去除过程被认为在超声波键合中很重要，但这是第一次在纳米级实际观察到该过程。此外，在这个去除过程中，在键合界面附近生成了许多纳米颗粒，它们在样品之间积聚，促进键合并形成包含细晶粒区域的界面。从这些纳米粒子的微观结构观察和结构分析可知，纳米粒子含有多晶Al粒子，该Al有助于键合。此外，在改进本实验的硬件方面，还研究了观察中的各种问题。为了确认超声波接合过程观察支架中的样品形状和观察位置对超声波振动的影响，我们使用TEM观察了附着的样品上的不同位置处的超声波振动状态。结果发现，即使施加相同的超声波，振动状态也会根据样品的位置而显着变化。此外，通过降低输出，可以降低超声波振动的振幅，提高空间分辨率，并观察位错等微观结构。另一方面，所开发的样品支架很容易受到外部噪音和振动的影响，从而难以获得更详细分析所需的分辨率。因此，我们考虑通过屏蔽超声波焊接电源和电线来降低噪声，但仅靠这一点很难抑制分辨率的下降，这是未来研究的课题。