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環境調和型エレクトロニクスの信頼性向上技術
Reliability Improvements for Environmentally Conscious Electronics Packaging Technology
[コードNo.2009T675]

■監修/ 菅沼克昭(大阪大学 産業科学研究所 教授)
■体裁/ B5判 344ページ
■発行/ 2009年 4月 (株)シーエムシー出版
■定価/ 70,200円(税込価格)

エレクトロニクスの“環境調和”を牽引する日本企業の底力を詳説!!
“信頼性”の確保で環境規制を追い風に変える29社41名の豪華執筆陣。

※ 本書籍はご試読頂けません ※

刊行にあたって
 鉛フリーはんだ実装製品が日本の市場に登場してから、早くも10年が過ぎた。RoHS指令に基づき、欧州の各国で法整備が行われ、同様の規制が世界へ広まりつつある。今日、欧州と日本では、ほとんどのエレクトロニクス機器が鉛フリーはんだで実装されている。しかし、一方で、規制から除外された多くの製品や技術が、難題として残っている。2010年には、RoHS指令ばかりでなくELV指令も刷新されることになり、これまで除外が許されてきた製品も年限を切られて鉛フリー化への準備を開始しなければならない。医療機器、モニター機器、あるいは高温はんだ、車載機器も、鉛フリー化のカウントダウンを免れない状況となっている。
 幸いなことに、我が国では、将来のこのような状況を見据えて、鉛フリー実装技術開発において世界に先行してきた。一連の技術開発の成果ばかりでなく、そこからどのような次なる課題があり得るのかも明らかとなり、常に先進的な取り組みを進めている。個々の企業や研究機関の取り組みでは解決が難しい課題でも、コンソーシアムを形成しお互いに協力して課題解決へ向けた活動をすることにより、それぞれを乗り越える方策を探索してきている。たとえば、低温はんだの必要性から生まれた国家標準化事業における取り組み、ウィスカの問題から生まれた中小機構プロジェクト、高温はんだ開発のためのNEDOプロジェクトなどは、それらの典型的な活動であろう。これらの共同研究によって多くの事柄が判明し、今後の鉛フリー実装の推進のための効率的な道筋がつけられてきた。これらの活動を通して感じることは、産業界における実装そのものが60年を超える歴史を持ちながら、分からないことが多いままに成長して来たことへの驚きである。鉛入りはんだでは、数千年の歴史で見出された錫-鉛共晶でありながら、その本質が理解されていなかった事実がある。今日、鉛フリー化とともに改めて実装の基礎領域の重要さが認識され、確固としたデータと理論に基づいた技術開発が始まりつつある。
(「まえがき」より抜粋)
平成21年4月  菅沼克昭

執筆者一覧
菅沼克昭大阪大学 産業科学研究所 教授
青木正光NPO法人 日本環境技術推進機構 横浜支部 理事
並木健二エスアイアイ・ナノテクノロジー(株) 分析応用技術部 課長
上島稔千住金属工業(株) 開発技術部 テクニカルセンター 主任研究員
荒金秀幸ソニー(株) モノ造り本部 モノ造り技術部門 生産技術推進部 先端実装技術マネジャー
今村陽司ハリマ化成(株) 電子材料事業部 技術グループ チームリーダー
萩尾浩一(株)ニホンゲンマ 技術部 次長
芹沢弘二(株)日立製作所 生産技術研究所 主管研究員
野良雅之(株)タムラFAシステム FA営業本部 海外営業部 部長
荘司孝志昭和電工(株) エレクトロニクス事業企画室(開発G) グループリーダ
櫻井均ハリマ化成(株) 電子材料事業部 技術グループ 第3チーム チームリーダー
中村亮介ヤマハ発動機(株) IM事業部 マウンター技術部 制御開発グループ 主務
入江健二武蔵エンジニアリング(株) DS事業本部 営業部門 営業開発部 営業企画課 課長代理
浅野靖文ニューロング精密工業(株) 開発部 分析技術課 課長
平井惇白光(株) カスタマーサービスセンター グループリーダー
若林敏夫(株)ジャパンユニックス 技術部 テクニカルトレーナー
望月昭宏クックソンエレクトロニクス(株) 技術部 主任
久保元伸上村工業(株) 中央研究所 所長
藤村一正石原薬品(株) 第二研究部開発二課 開発二課長
矢田佳彦荏原ユージライト(株) 総合研究所 第2CSセンター 課長
小暮聰ニシハラ理工(株) 技術開発センター センター長
菅武藤倉化成(株) 電子材料事業部 技術部 技術1課
林宏樹日立化成工業(株) 研究開発本部 新材料応用開発研究所 実装材料・システム開発センタ 専任研究員
柴田誠治タムラ化研(株) 電子機材事業部 実装材料開発本部 マネージャー
中林孝氏タムラ化研(株) 電子機材事業部 実装材料開発本部 リーダー
田代敏哉タムラ化研(株) 電子機材事業部 実装材料開発本部
柿田俊彦タムラ化研(株) 電子機材事業部 実装材料開発本部
塚越功日立化成工業(株) 電子材料事業部 企画部 シニアマネージャー
斉藤雅男ソニーケミカル&インフォメーションデバイス(株) コンダクティブマテリアル事業部 商品開発部 3課 統括課長
入野哲朗日立化成工業(株) 電子材料事業部 配線板材料部門 開発部
上野健一サンユレック(株) 電子材料事業部 技術グループ 粉体チームリーダー
中田初浩サンユレック(株) 電子材料事業部 技術グループ グループリーダー
久永直克サンユレック(株) 電子材料事業部 事業部長
奥野敦史サンユレック(株) 代表取締役社長 CEO&IEEE Senior member
木村浩一(株)富士通研究所 基盤技術研究所 環境技術研究部 主任研究員
林秀臣東京大学 大学院工学系研究科 特任研究員
橋邦明エスペックテストセンター(株) 取締役
田中浩和エスペック(株) 技術開発本部 マネージャ
亀川正之(株)島津製作所 分析計測事業部 NDIビジネスユニット 統括マネージャー(部長)
井原惇行楠本化成(株) エタック事業部 顧問
谷上昌伸オムロン(株) センシング機器統括事業部 ビジョンシステム事業部AMG 専門職

構成および内容
【第I編 概論】

第1章エレクトロニクス業界の鉛フリー/ハロゲンフリー技術の進展(青木正光)
1はじめに
2なぜ、欧州から環境調和の重要性が指摘されたか?
2.1環境汚染事故と規制化
2.2急増する廃棄物
2.3自然界の汚染問題
2.4欧州の環境意識
2.5予防原則
2.6NGO/NPOの環境団体の指摘
3ハロゲンフリー/鉛フリー化は何故、進展したか?
3.1ハロゲンフリー化の進展
3.2鉛フリー化の進展
4環境規制が環境調和技術を促進
4.1環境志向の機器設計技術
4.2環境管理技術
5今後の課題
第2章環境規制に対応する最新の分析技術―ICP発光分光分析を中心に―(並木健二)
1はじめに
2鉛フリーはんだの分析
3ハロゲンフリーに対応する分析
3.1ICP発光分光分析における塩素・臭素の測定
3.2実試料への適用(プリント基板中の臭素の測定)
4おわりに
【第II編 接合材料とプロセス】

〈 はんだ 〉
第1章Sn-Ag-Cu(上島稔)
1はじめに
2Lead-free合金
3Sn-Ag-Cu系はんだ実装の実用化まで
3.1はんだ製品の改善
3.2設備の改善
4Sn-Ag-Cuはんだ特有の現象
5Lead-free実装の高密度化
6車載実装における高信頼性化
7おわりに
第2章Sn-Cu(荒金秀幸)
1はじめに
2Sn-Cuとは
3Sn-Cuの利点
4Sn-Cuの特性
4.1溶融温度
4.2ぬれ性(メニスコグラフ法)
4.3ぬれ性(スルーホール上がり)
4.4耐ヒートサイクル性
5Sn-CuはんだNi微量添加の効果と悪影響
5.1効果
5.1.1はんだ噴流による銅喰われ
5.1.2溶融はんだの流動性
5.2悪影響
5.2.1液相線温度の上昇
5.2.2ぬれ性(スルーホール上がり)
6業界標準化
7まとめ
第3章低融点ソルダペースト(今村陽司)
1はじめに
2低融点はんだの必要性
3低融点化の方法
4Sn-Ag-In-Bi系はんだの合金特性
5リフロー実装性
6鉛フリーはんだ合金のぬれ性低下要因
7はんだ付け性の向上
8今後について
第4章低融点はんだ(Sn‐Zn)(萩尾浩一)
1はじめに
1.1はんだとは
1.2鉛フリーはんだの種類
2Sn-Zn系はんだ
2.1Sn-Zn系はんだの必要性
2.2Sn-Zn系はんだを使うために注意すべき点
3まとめ
第5章低融点はんだ(Sn-Biはんだ)(芹沢弘二)
1概要
2金属組織と材料特性
2.1組成と組織
2.2材料特性
3継ぎ手特性
3.1はんだ付けプロセス
3.2界面反応
3.3信頼性
4今後の動向
第6章リフロー装置/フロー装置(野良雅之)
1はじめに
2TND33-509LH
3TAF40-15PF
4TNW33-36EF
5おわりに
第7章ファインピッチバンプ形成技術(1)(荘司孝志)
1はじめに
2SJプロセスとその特長
3フリップチップ基板へのバンプ形成
4新しい用途展開
4.1エリア回路バンプへの展開
4.2チップ側のバンプ形成
第8章ファインピッチバンプ形成(2)(櫻井均)
1はじめに
2はんだプリコート法
3スーパーソルダー
4全面印刷プリコート法
5ソルダーダムプリコート法
6おわりに
第9章表面実装機(中村亮介)
1はじめに
2「小型高速モジュラーYS12」
3部品吸着
3.1SSフィーダ
3.2吸着ノズル
3.3シャフトブロー清掃機能
4部品認識
4.1部品認識装置
4.2サイドビューシステム
4.3スキャンユニット
5部品装着
5.1サーボシステム
5.2印刷機とオフラインソフトとの連携による装着位置補正
5.3狭隣接実装システム
6おわりに
第10章ディスペンサによるはんだペースト塗布技術(入江健二)
1はじめに
2各ディスペンサの概要と特長
2.1エアパルス式ディスペンサ「Super任MII」
2.2スクリュー式ディスペンサ「スクリューマスター2」
2.3容積計量式ディスペンサ「メージャリングマスター」
3はんだペースト塗布評価
4おわりに
第11章スクリーン印刷の環境へのメリット(浅野靖文)
1はじめに
2スクリーン印刷の歴史
3各種印刷工法とスクリーン印刷
4スクリーン印刷の原理
5各種印刷法に対するスクリーン印刷の優位性
6スクリーン印刷の環境面へのメリット
7スクリーン印刷の可能性
8微細線印刷事例
8.1印刷事例1
8.2印刷事例2
9開発支援ツール
10まとめ
第12章マニュアルソルダリング(平井惇)
1マニュアルソルダリングの工程
2はんだ付け
3はんだこて
3.1はんだこての必要な条件
3.2はんだこての規格
3.3はんだこての各部の説明
4はんだ付け作業員の教育
5検査
6修正
6.1挿入実装の修正
6.2表面実装の修正
第13章環境問題に配慮した最新はんだ付ロボット(若林敏夫)
1はんだ付をとりまく状況
2環境問題とはんだ付
2.1RoHS規制
2.2CO2排出問題
2.3ハロゲンフリー化
2.4部材構成面からの環境対策
2.5製造製品への環境対策
2.6製造工程面からの環境対策
3環境対応はんだ付ロボット
3.1はんだ付機器の中では最小クラスの消費電力
3.2使用はんだ材料と製品のはんだ付点のはんだ組成のトレーサビリティーが取れる
3.3機器の構成が比較的小型である
3.4こて先・レーザーと用途により選択可能である
4環境対応はんだ付方式
4.1UCSS方式(下方よりのはんだ付)
4.2こて先方式新型ロボット
5さらに進化したレーザーシステム
5.1非接触温度測定システム
5.2ドーナツレーザー
5.3新型はんだ送り装置
5.4進んだレーザーはんだ付解析
6超音波はんだ付、IRISシステム
7今後の課題
第14章高温はんだ(菅沼克昭)
1鉛フリー高温はんだ開発の現状
2Sn-Sb系はんだ
3Bi系はんだ
4Au系はんだ
5Zn系はんだ
6Sn-Cu系はんだ
7高温鉛はんだ代替技術の新しい傾向
第15章フローはんだ付け装置損傷(芹沢弘二)
1概要
2損傷のマクロ的特徴
3損傷に対する対策
3.1ユーザの対策
3.2メーカの対策
4現象解明と根本対策
5国家プロジェクトの発足
6まとめ
第16章VOCフリー接合技術(望月昭宏)
1VOC物質とは?
2VOC規制対応フラックス
2.1第一世代VOC対策フラックス
2.2第二世代VOC対策フラックス
2.3第三世代VOC対策フラックス
3VOC規制対応フラックスの信頼性
3.1アビエチン酸
4VOC規制対応フラックスの市場
〈 めっき 〉
第17章環境対応鉛フリーはんだ接合材と最終表面処理(久保元伸)
1はじめに
2プリント基板およびICパッケージ基板に求められる特性
3従来のENIGとENEPIGのめっき工程の概要
4はんだ接合性における、はんだ接合材料と最終表面処理工程の関係
5はんだ接合界面層の解析
6鉛フリーはんだ接合材料と最終表面処理(無電解めっき処理)の留意点
第18章Sn-Bi合金めっき(藤村一正)
1はじめに
1.1電子部品の端子めっきの歴史
1.2Sn-Bi合金
2Sn-Bi合金めっきの原理、管理、特性
2.1Sn-Biめっき液組成と電気めっき
2.2Sn-Biめっき皮膜特性
3Sn-Biめっきのウィスカ感受性
3.1内部応力型ウィスカ
3.2外部応力型ウィスカ
4今後の課題、展望
第19章Sn-Ag合金めっき(矢田佳彦)
1はじめに
2ICリードフレーム外装めっき用プロセス
2.1めっき作業条件
2.2めっき皮膜の融点
2.3はんだ濡れ性
2.4めっき皮膜中のC、S、N共析量
2.5めっき皮膜の硬度
2.6ウィスカの抑制効果
3コネクタめっき用プロセス
3.1めっき作業条件
3.2はんだ濡れ性
3.3結晶配向性
4まとめ
第20章鉛フリーはんだによる面実装機能めっき技術(小暮聰)
1はじめに
2鉛フリーめっきの用途
3品質要求管理
3.1鉛フリーめっきと環境負荷物質の管理
3.2保証期間と加速試験
3.2.1拡散劣化
3.2.2保証期間の算出
3.2.3加速試験による保証期間の算出
3.2.4「鉛フリーめっき」の拡散劣化の算出
3.2.5実装加熱溶融時における「めっきメルト寄り」/(凝縮現象)
3.2.6主な信頼性加速試験
4めっき
4.1Sn-Bi合金めっき
4.1.1折り曲げ試験結果
4.1.2断面観察(SEM解析)によるBi拡散挙動観察
4.1.3はんだぬれ性試験結果
4.1.4耐熱性試験結果
4.2鉛フリーめっき皮膜の性質
4.2.1鉛フリーめっきの表面劣化
4.2.2鉛フリーめっきの拡散劣化
4.3鉛フリーめっきのトラブル
4.3.1変色するSnめっき
4.3.2鉛フリーはんだめっきから鉛が検出
4.3.3デジカメで市場クレーム、ウィスカの発生
4.3.4端子のSnめっきにクラック、密着不良
5鉛フリーめっきの今後
〈 樹脂材料 〉
第21章導電性接着剤(銀系&金属結合型)(菅武)
1はじめに
2Pbはんだ代替導電性接着剤の紹介、及び開発動向について
3導電性接着剤に使用される樹脂について
3.1導電性接着剤に使用されるエポキシ樹脂について
3.2エポキシ系導電性接着剤に使用される硬化剤について
3.3エポキシ樹脂とフェノール系の硬化物性について
4エポキシ系導電性接着剤の物性について
4.1汎用性導電性接着剤、Pbはんだ、Pbフリーはんだの比較
4.2Snメッキ電極対応の導電性接着剤について
5熱伝導性導電性接着剤
6金属結合型導電性接着剤
7おわりに
第22章金属結合型導電性接着剤(林宏樹)
1はじめに
2基本設計
3基本特性
4昇温速度の影響及び加熱保持時間の影響
5接続信頼性
6まとめ
第23章TCAP熱硬化性鉛フリーはんだ接合材料(柴田誠治、中林孝氏、田代敏哉、柿田俊彦)
1はじめに
2TCAPとは
2.1TCAPの組成
2.2TCAPによる実装プロセス
3TCAPの特性
3.1一般特性
3.2接続信頼性
3.2.1電気的接続信頼性/導通抵抗
3.2.2機械的接続―せん断強度
3.2.3機械的接続―落下衝撃強度
4おわりに
第24章異方導電フィルム(ACF)(塚越功)
1はじめに
2ACFの概要
2.1異方導電接続
2.1.1接続原理と特徴
2.1.2ACFの構成
2.2FPD回路の接続材料
2.3環境に優しい材料
3FPD用途の信頼性向上
3.1接続信頼性
3.2実装構造とACFの課題
3.3回路接続用ACF
3.3.1TCP、COF出力用(TCP、FPC/Glassの接続)
3.3.2TCP、COF入力用(TCP、FPC/PWB、TCP/FPCの接続)
3.3.3新規FPD用(TCP、FPC/Glassの接続)
3.4チップ接続用ACF
3.4.1狭ピッチ接続
3.4.2COG用(Chip/Glassの接続)
4非ディスプレイ用途の信頼性向上
4.1電子機器の部品実装
4.2複数部品の同時実装
5おわりに
第25章異方性導電膜を用いた携帯電話におけるはんだ・コネクター代替接続の現状(斉藤雅男)
1はじめに
2ACFによるハンダやコネクター代替の現状
3ACFと接続方法の概略
4ACFの種類と環境適合性
5ACFの電気接続特性
6おわりに
【第III編 基板・部品】

第1章半導体パッケージ用低熱膨張・高弾性材料(入野哲朗)
1はじめに
2開発の背景
3ハロゲンフリー化の要素技術
3.1フィラーの表面処理技術
3.2小径T/HのCAF評価技術
4低熱膨張、高弾性材料 MCL-E-679GTの開発
4.1そりシミュレーションによるパッケージそりの分析
4.2MCL-E-679GTの設計
4.3MCL-E-679GTの特性と特長
5おわりに
第2章電気絶縁用粉体塗料鉛フリーECP(上野健一、中田初浩、久永直克、奥野敦史)
1はじめに
2電気絶縁用粉体塗料とは
3電気絶縁用粉体塗料の塗装方法
4電気絶縁用粉体塗料の中の鉛化合物
4.1着色顔料
4.2レーザーマーキングの発色剤
5他部材の鉛フリー化の支援
6おわりに
【第IV編 筐体とリサイクル】

第1章筐体における環境対応(木村浩一)
1はじめに
2ハロゲンフリー難燃化技術
3植物性プラスチックの適用
3.1PLAの特徴
3.2筐体への応用への課題
3.2.1難燃性
3.2.2ポリマーアロイ化
3.2.3環境評価
4おわりに
第2章電子機器のリサイクル技術(林秀臣)
1はじめに
2リサイクル技術
3結合および接合と分離
4部品の分別
5材料の再利用
6リサイクルプラントの構成
7金属材料の分別
8プラスチック材料の分別
8.1ハイドロサイクロン
8.2ジグ選別機
8.3浮選
8.4静電分離法
8.5密度別分離法
8.6ケミカルリサイクル
9金属のリサイクル
10ガラスのリサイクル
11リサイクル性と機器設計
12電気機器のエコデザインガイドライン
13リサイクルによる価値回収の限界
【第V編 信頼性評価と現場管理】

第1章環境試験(橋邦明、田中浩和)
1環境試験とは
2環境ストレスとは
3試験のための条件
4環境試験の必要性
5環境試験の分類
6加速試験
7試験実施の手順
8環境試験の活用
9環境試験の規格
10環境試験を用いたエレクトロニクス実装の信頼性評価
11エレクトロニクス実装の接続信頼性評価
12まとめ
第2章X線検査技術(亀川正之)
1はじめに
2X線の原理
3X線装置の構成要素
3.1X線源
3.2X線検出器
4X線透視装置
5X線CT装置
6ボイドの統計的考察
7おわりに
第3章実装の信頼性評価技術(井原惇行)
1はじめに
2実装の信頼性評価技術
3信頼性試験技術
3.1絶縁信頼性試験
3.1.1試験の特徴
3.1.2試験装置
3.2接続信頼性試験
3.2.1試験の特徴
3.2.2試験装置
3.3HALT
3.3.1試験の特徴
3.3.2試験装置
3.3.3評価事例
4故障解析技術
4.1X線透視による非破壊解析
4.1.1解析の特徴
4.1.2解析装置
4.1.3解析事例
4.2FIB装置による微細加工・解析
4.2.1解析の特徴
4.2.2解析装置
4.2.3解析事例
5今後の課題
第4章実装工程における「4Mのみえる化」で「Quality&Speed」の実現(谷上昌伸)
1はじめに
2「Quality&Speed」に対する実装現場の現状と課題
2.1Material(はんだペースト)
2.2Machine(検査機プログラム)
2.3Method(検査システム)
3センサ、検査装置活用による「Quality&Speed」へのアプローチ
3.1はんだペーストのみえる化を実現するデジタルペーストチェッカ(DPC)
3.2垂直立ち上げに貢献する検査プログラム作成の簡素化
3.3実装基板にあわせた最適検査システム構成
4今後の検査の方向

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