金属塩の生成・分解挙動の可視化とマルチマテリアル造形技術への応用

金属盐形成和分解行为的可视化及其在多材料建模技术中的应用

• 批准号: 20K04592
• 负责人: 小山 真司
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: Gunma University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K04592/
• 关键词: 固相接合; 金属塩生成接合法; 環境調和; アルミニウム合金; ガラス繊維強化PA66; 液相拡散接合; インサート金属; アルミニウム; 銅; 電子風; 精密部品加工; 電子・電気材料; 電子デバイス・機器; 鋼美緒都度実装; 省エネルギー

本研究は、電子デバイス製造プロセスの中でも接合に関するもので、次に示す３つの課題を解決するために検討を進めてきた。（１）従来のはんだ・ろうを用いた溶融接合と異なり、部分溶融あるいは固相接合を達成することにより、電子実装の高密度化と微細接合を実現し、接合部の反応層の成長を電子風などにより制御することで、接続信頼性向上を目指す。（２）接合表面酸化皮膜を金属塩の生成・分解反応を用いることで、フラックスレス・無洗浄を実現し、同種・異種の金属あるいは樹脂との直接接合を目指す。（３）接合表面あるいは接合界面における物理化学的現象の解明と、金属塩被膜の熱分解挙動の可視化による標準接合技術化を目指す。これら３つの課題について、酸化皮膜を金属塩に置換・除去し、接合中の加熱により金属面を露出させる金属塩生成接合法を種々の接合部に適用し、その効果を検証した。A6061アルミニウム合金どうしの真空固相接合において、接合表面改質に食品添加物としても使用される炭酸ナトリウム水溶液を用いることで、より低温から引張せん断強度が向上し、未処理の場合と比較して約2倍の強度が得られた。続いてギ酸を用いた金属塩被膜処理を施すことで、未処理の場合に比べて約3.5倍の強度が得られた。さらに、ギ酸塩被膜処理に用いるギ酸濃度を低下させても、処理効果が変化していないことから、環境調和型の接合表面前処理であることが明らかとなった。A5052アルミニウム合金とガラス繊維強化PA66の熱圧着による引張せん断強度向上に及ぼすギ酸による改質効果を調査した結果、PA66側をギ酸に浸漬することで、わずかに強度が向上することがわかった。これは、主として接合表面のPA66がギ酸中に溶出し、ガラス繊維が接合表面に露出することで、A5052アルミニウム合金表面の凹凸とのアンカー効果が向上し、化学結合力も増加したためであると示唆された。

本研究与电子器件制造过程中的键合相关，旨在解决以下三个问题。 (1)与传统的使用焊料和焊料的熔融键合不同，通过实现部分熔化或固相键合，可以实现高密度电子封装和精细键合，并且可以通过电子控制键合区域反应层的生长。目的是通过利用风和其他因素控制连接来提高连接可靠性。 (2)利用金属盐的形成和分解反应，在粘接表面生成氧化膜，实现无助焊剂、免清洗，直接粘接同种或异种的金属或树脂。 (3)旨在通过阐明接合表面或接合界面的物理化学现象以及可视化金属盐涂层的热分解行为来开发标准接合技术。针对这三个问题，我们将金属盐生成键合方法应用于各种接头，并验证了其有效性，该方法用金属盐代替并去除氧化膜，并在键合过程中通过加热来暴露金属表面。在A6061铝合金的真空固相接合中，通过使用也用作食品添加剂的碳酸钠水溶液来改性接合表面，与未处理的情况相比，在较低温度下拉伸剪切强度得到了大约提高。获得了两倍的力量。随后，通过使用甲酸进行金属盐涂层处理，强度比未处理的强度大约高3.5倍。此外，即使降低甲酸盐涂层处理中使用的甲酸浓度，处理效果也没有改变，这表明这是一种环境友好的粘合表面预处理。研究了甲酸对提高A5052铝合金与玻璃纤维增​​强PA66热压粘合拉伸剪切强度的改性效果，结果发现，将PA66一侧浸入甲酸中，强度略有提高。推测这主要是由于粘接表面的PA66被洗脱到甲酸中，玻璃纤维暴露在粘接表面，改善了与A5052铝合金表面凹凸不平的锚固效果，增加了化学粘接强度塔。

项目成果

Relaxation of Solid–State Bonding Conditions of Cu Using Formate–Coated Cu Nanoparticles

使用甲酸盐包覆的铜纳米颗粒放宽铜的固态键合条件

• DOI: 10.34562/jic.61.1_240
• 发表时间: 2022
• 作者: 小山 真司;荒井 悠平;村岡 貴子
• 通讯作者: 村岡 貴子

ギ酸塩被膜付与 Cu ナノ粒子を用いたCu 固相接合条件の緩和

使用甲酸盐涂覆的铜纳米粒子放宽铜固态键合条件

• 发表时间: 2021
• 作者: 小山真司;荒井悠平
• 通讯作者: 荒井悠平

6061アルミニウム合金の接合強度に及ぼす環境調和型金属塩被膜処理の影響

环保金属盐涂层处理对6061铝合金结合强度的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: 尾内茂徳;小山真司
• 通讯作者: 小山真司

金属ナノ粒子、微粒子の合成、調製と最新応用技術

金属纳米颗粒及细颗粒的合成、制备及最新应用技术

• 发表时间: 2021
• 作者: 執筆者：57名;技術情報協会
• 通讯作者: 技術情報協会

Low Temperature Solid-State Bonding of Nickel and Tin with Formic Acid Surface Modifications

甲酸表面改性镍和锡的低温固态键合

• DOI: 10.2320/matertrans.mt-mc2022007
• 发表时间: 2022
• 影响因子: 1.2
• 作者: Koyama Shinji;Shohji Ikuo;Muraoka Takako
• 通讯作者: Muraoka Takako