逆解析手法を用いた薄膜接着強度推定法

近年、電子部品や工業製品には金属の薄膜をコーティングしたり、薄膜を多層に積層して作製されるものが多くある。特に、電子部品にはさまざまな材質の基板にナノメータオーダーの極めて薄い膜を接着した構造を有するものが多い。このような構造を有する部品が熱および外力を受けた場合、膜と基板あるいは膜と膜の剥離が問題となる。しかし、これらの極微小な接合体の接着強度を測定するに際して解決すべき多くの問題がある。これまでの接着強度の評価方法は、膜が剥離したときの荷重を剥離した面積で除して平均の接着強度を求めている。これらの値から、真の接着強度を推定することは非常に難しい。本研究は、接着力の物理的モデルを考案して、実験および数値逆解析手法によりそのモデルのパラメータを同定し、真の剥離応力を推定しようとするものである。平成4年度の当初の研究計画に従って以下の研究を行った。1、薄膜を作製するステージの設計および製作を行った。本研究の目的である剥離強度を推定するための剥離端における薄膜の表面変位データを精度良く求めることができるようにステージの形状を工夫した。2、電子天秤および圧電素子を用いた微小荷重負荷装置を試作した。3、レーザー測長器を用いて薄膜の表面変位を測定するための実験装置を試作した。4、薄膜と基板あるいは薄膜間に仮想の接着力を導入した解析モデルを構築し、境界要素法に定式化した。以上の研究を進めるに際し、さらに薄膜の弾性特性のデータが必要となり、逆解析により薄膜の弾性係数の推定を行うことが新に生じた。

近年、電子部品や工業製品には金属の薄膜をコーティングしたり、薄膜を多層に積層して作製されるものが多くある。特に、電子部品にはさまざまな材質の基板にナノメータオーダーの極めて薄い膜を接着した構造を有するものが多い。このような構造を有する部品が熱および外力を受けた場合、膜と基板あるいは膜と膜の剥離が問題となる。しかし、これらの極微小な接合体の接着強度を測定するに際して解決すべき多くの問題がある。これまでの接着強度の評価方法は、膜が剥離したときの荷重を剥離した面積で除して平均の接着強度を求めている。これらの値から、真の接着強度を推定することは非常に難しい。本研究は、接着力の物理的モデルを考案して、実験および数値逆解析手法によりそのモデルのパラメータを同定し、真の剥離応力を推定しようとするものである。平成4年度の当初の研究計画に従って以下の研究を行った。1、薄膜を作製するステージの設計および製作を行った。本研究の目的である剥離強度を推定するための剥離端における薄膜の表面変位データを精度良く求めることができるようにステージの形状を工夫した。2、電子天秤および圧電素子を用いた微小荷重負荷装置を試作した。3、レーザー測長器を用いて薄膜の表面変位を測定するための実験装置を試作した。4、薄膜と基板あるいは薄膜間に仮想の接着力を導入した解析モデルを構築し、境界要素法に定式化した。以上の研究を進めるに際し、さらに薄膜の弾性特性のデータが必要となり、逆解析により薄膜の弾性係数の推定を行うことが新に生じた。