原子レベルの電子顕微鏡解析による材料開発に期待――九大ら、Cu-Sn系金属間化合物中に微量添加した元素の位置決定に初成功

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九州大学は2018年8月23日、豪クイーンズランド大学と共同して最先端の電子顕微鏡解析研究に取り組み、銅(Cu)と錫(Sn)の化合物結晶(η-Cu6Sn5)に5%添加されたニッケル(Ni)原子の位置を決定することに世界で初めて成功したと発表した。

有毒な鉛に代わり、Snを主成分にした鉛を含まないハンダが世界的に広く使われるようになりつつある。η-Cu6Sn5化合物は、Cuが主要元素の電子基板や配線とハンダとの溶融接合部で形成されるが、その結晶構造が約180℃を境に変化して体積も大きく変動するため、接合後の冷却や通電による加熱/冷却を繰り返すと接合部が破断する危険性があった。

近年、η-Cu6Sn5にNiを数%ほど添加すると、結晶構造の変化が抑えられて接合部の安定性が大幅に改善されることが解明されてきた。今回の研究では、電子線を原子より小さい領域に絞って化合物結晶に照射し、発生した微弱なX線を高い感度で捕捉。さらに、実験データに含まれるノイズを的確に除去する先端的な数理データ処理を駆使することで、Ni原子がCu2と呼ばれる結晶格子点に位置することを突き止めた。

Ni原子の位置が実験で直接明らかにされたのは世界で初めてであり、この成果によってη-Cu6Sn5化合物結晶の安定化機構の原理解明が進み、さらに高性能な材料開発の前進が期待できるという。また、同研究で培った実験手法は他のさまざまな化合物結晶の構造解析にも広く応用できるとしている。

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