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

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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。