JFEテクノリサーチ、次世代3次元X線顕微鏡による非破壊解析サービスを本格展開

国内初導入のSigray社「ApexHybrid-210™」で電池・電子デバイスの開発加速を支援

JFEテクノリサーチは、2026年1月に国内で初めて導入した米国Sigray（シグレイ）社製の次世代3次元X線顕微鏡「ApexHybrid−200シリーズ、機種名：ApexHybrid-210™（以下、本装置）」を活用した非破壊解析技術を確立しました。全固体電池や半導体パッケージなどの解析事例を公開するとともに、8月より受託分析サービスの本格提供を開始いたしました。

背景および課題

近年は電池や電子デバイスの分野において、性能向上と小型化・高容量化を両立するため、材料・デバイスの3次元構造化と多層化が急速に進展しています。これにともない、切断することなく微細な内部構造を観察できる高解像度の非破壊解析技術のニーズが高まってきています。

電池分野の課題

電子デバイス分野の課題

このような複雑な3次元・多層構造を持つ先端材料の評価では、従来の断面観察手法では以下のような問題が顕在化しています。

• 試料の切断・前処理に時間を要する
• 局所観察にとどまり、広範囲の全体像を把握できない
• 試作〜性能評価〜破壊〜解析を繰り返すので開発サイクルが長くなる

こうした背景から、大面積試料を切断せずに、サブミクロンレベルの微細欠陥まで短時間で可視化できる非破壊3次元解析技術へのニーズが、研究開発や品質保証、故障解析の各段階で急速に高まっています。

本装置の革新性

本装置は、直交CTと斜めCT（ラミノグラフィ）の2種類のイメージングモード観察を1台で実現したハイブリッド型3次元X線顕微鏡です。Sigray社が独自開発した精密角度制御ラミノグラフィを搭載しており、大面積試料の観察でも従来のラミノグラフィよりも高コントラストおよび高解像度の画像を提供します。

主な特長

1. 大面積試料への対応：最大直径300mm×厚さ20mmの大面積試料を切断加工不要で高コントラスト・高解像度の非破壊観察が可能（精密角度制御ラミノグラフィ）
2. 業界最高水準の分解能：先進のナノフォーカスX線源と当社独自構成の高感度検出器により業界最高水準の空間分解能0.40µmを実現し、試料の微細構造や微小欠陥も鮮明に可視化を実現（直交CT）。また主に電池分野で求められる高アスペクト試料の高分解能観察にも対応可能
3. 圧倒的な高速化：従来手法（試料を切断してSEM観察など）に対して、直交CTと斜めCT（ラミノグラフィ）を併用することで内部構造観察が10～100倍効率化（電子デバイスの例）。研究開発・品質保証プロセスの短縮に寄与

解析事例

電池分野：全固体電池の内部欠陥検出（図2、図3参照）

当社で試作した硫化物系全固体電池Alラミネート型セルにおいて、充放電時に電池内で発生した試料のクラックを非破壊で可視化しました。直交CTモードで正極層から負極層に向かってクラックが進展していると確認でき、Voxelサイズ0.5µmの測定で、2µm程度以下の微細なクラックまで明瞭に確認できています。

また、従来型のリチウムイオン電池の黒鉛負極のCT測定では、実測で0.4µm以下の微細構造の可視化に成功しています。

硫化物系全固体電池ラミネート型セルにおいて、正極層近傍から負極層に向かう微細クラック（2µm以下）の進展が確認できる。

リチウムイオン電池向け炭素負極において、0.75µm/voxelの高分解能撮影で微細な空隙(0.3µm程度)を可視化できている。

電子デバイス分野：先端実装構造の非破壊評価（図4参照）

市販されている基板上のCPU（約40mm×約40mm）を斜めCT（ラミノグラフィ）モードで測定し、試料内部のHybrid-bonding構造を非破壊で可視化しました。配線幅は2µm以下といわれる接合部の配線構造を明瞭に捉えており、積層化技術が進展する中で数µmレベルの配線接合評価ニーズに対応できることを実証しました。

市販CPUにおいて、内部のHybrid-bonding構造を可視化。
接合部の配線構造を明瞭に捉えている（配線幅2µm以下）

当技術の活用シーンと期待される対象分野

積層構造を有する全固体電池セル、グラフィックスボードや半導体パッケージなど、比較的大面積で複雑な構造を有する先端材料において、短時間かつ高精度な観察を非破壊で実現しました。さらに以下の分野の研究開発や品質保証、故障解析でニーズが存在すると期待しています。

活用シーン

• 研究開発（R&D）：材料内部の構造最適化、試料評価サイクルの高速化
• 品質保証（QA/QC）：非破壊での全数/抜き取り検査、製品ばらつきの要因分析
• 故障解析（FA）：クラック・剥離・接合不良の特定、破壊前解析による原因究明

対象分野

• ウエハーなど半導体材料・関連部材の非破壊検査
• 全固体電池、リチウムイオン電池、燃料電池など各種電池セル・部材の解析
• 金属・複合材料・バイオマテリアルの微細構造解

今後の展開

JFEテクノリサーチでは、本ソリューションを核として、解析データの高度化（定量解析、AI解析等）および他評価手法との連携を進め、製造業をはじめとするお客様の研究開発・製品開発プロセス全体の最適化に貢献してまいります。

本分析サービスの事例は下記当社ホームページをご覧ください：
https://www.jfe-tec.co.jp/solution/battery/failure-analysis/nanofocus-xray-ct/

本装置の詳細は、装置販売元であるキャノンマーケティングジャパン株式会社の公式製品ページをご参照ください：
https://canon.jp/biz/product/indtech/sigray/lineup/apexhybrid-200