構造材料中の閉じたマイクロクラックを超高感度に評価する手法の開発

开发评估结构材料闭合微裂纹的超灵敏方法

基本信息

批准号：
07F07379
负责人：
燈明泰成
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

最終年度は申請時に計画した研究を遂行し、き裂の寸法と閉口圧力とを同時に評価する汎用的、かつ超高感度な新規超音波非破壊評価手法を確立すると共に、新規超音波手法の電子デバイス検査への応用について検討した。1.極微小閉口き裂の定量評価初期き裂発生ノッチを有する厚さの異なる試験片について、応力比を変えて3点曲げ疲労試験を実施し、き裂の閉じ具合が異なる様々な疲労き裂試験片を作製した。これまでに試作した超高感度超音波センサにより得た疲労き裂に対する超音波応答と、先に構築した校正式とを逆問題解析することで、未知の閉じたき裂の高さと閉口圧力とを評価することに成功した。また、評価した閉口圧力のプロファイルとき裂深さのプロファイルとの比較より、小さなき裂ほど、高い閉口圧力を有するという、興味深い事実を見出した。2.電子デバイス検査への応用疲労き裂について有用性が確認できた超高感度超音波手法の電子デバイス検査への応用を試みた。特に、シリコンチップと基板とを接続する金属バンプの接続部に発生し、電子デバイスの性能を著しく劣化させる極微小き裂を模擬すべく、様々な直径を有するナノメートル隙間を内包したシリコン張り合わせサンプルを試作した。各種超音波探触子を用いてナノメートル隙間内包サンプルを検査し、超音波手法による欠陥検出限界について検討したところ、高さ4nmのギャップを内包させたサンプルにおいて超音波伝搬時のギャップ面衝突による超音波検出限界と、伝搬超音波の波長に起因する方位分解能限界とを同時に捉えることに成功した。また、観察された挙動は提案した超音波伝搬モデルによる予測と良く一致した。この成果は、電子産業分野における先端検査において大いに有益な知見である。

去年，我们开展了应用时计划的研究，建立了一种新的通用、超灵敏超声无损评估方法，可同时评估裂纹尺寸和闭合压力，并考虑将其应用于设备检测。 1.超细小闭合裂纹的定量评价对具有初始裂纹萌生缺口的不同厚度的试件进行不同应力比的三点弯曲疲劳试验，评价了不同裂纹闭合程度的各种疲劳裂纹。准备好了。通过使用我们迄今为止原型设计的超高灵敏度超声波传感器和之前构建的校准公式对疲劳裂纹的超声波响应进行反问题分析，我们可以计算出成功评估的未知闭合裂纹的高度和闭合压力。此外，通过将评估的闭合压力分布与裂纹深度分布进行比较，发现一个有趣的事实：裂纹越小，闭合压力越高。 2.在电子设备检查中的应用我们尝试将已被证实对疲劳裂纹有用的超高灵敏度超声波方法应用于电子设备检查。特别是，为了模拟连接硅芯片和基板的金属凸块接头处出现的显着降低电子器件性能的微观裂纹，我们制作了包含各种直径的纳米间隙的硅键合样品。我们使用各种超声波探头检查了含有纳米间隙的样品，并检查了超声波方法检测缺陷的极限。我们发现，在含有高度为 4 nm 的间隙的样品中，检测到了由于超声波传播过程中间隙平面之间的碰撞而产生的缺陷。由于传播超声波的波长，成功地同时捕获了超声波检测极限和横向分辨率极限。此外，观察到的行为与所提出的超声波传播模型的预测非常一致。该结果对于电子工业领域的高级检测来说是非常有用的知识。