熱応力 線膨張 書籍
 

No.1319

 
 
 

☆プリント配線板、LED、FPD、封止樹脂の熱による『反り』『変形』『剥離』『破壊』を未然に防ぐ!
☆線膨張係数の測定法と低減化技術を詳解!

電子材料・実装技術における
熱応力解析・制御トラブル対策

〜低熱膨張・高耐熱性エレクトロニクス関連材料の開発〜

■発刊 2006年1月31日   ■体裁:B5判 上製本 449頁   ■定価 80,000円(税込)

※書籍絶版 オンデマンド版 30,000円(税抜)   (上製本ではありません)

■ 執筆者
東京工業大学
安田ポリマーリサーチ研究所
首都大学東京
佐世保工業高等専門学校
広島工業大学
京都大学
京都大学
東邦大学
日本電信電話(株)
日本電信電話(株)
(株)クラレ
帝人デュポンフィルム(株)
松下電工(株)
住友ベークライト(株)
新神戸電機(株)
扇澤 敏明
安田 武夫
吉田 博久
古川 信之
中村 省三
池田 徹
宮崎 則幸
長谷川 匡俊
小勝負 信建
碓氷 光男
斉藤 充
吉田 哲男
田宮 裕記
飛澤 晃彦
山仲 浩之
(株)富士通研究所
(株)富士通研究所
日本アビオニクス(株)
日本アイビーエム(株)
日本精工(株)
(株)東レリサーチセンター
ローム(株)
(有)アイパック
福岡県工業技術センター
日本電気硝子(株)
(株)富士通研究所
三菱電機(株)
日立金属(株)
(独)物質・材料研究機構
兵庫県立大学
水谷 大輔
米田 泰博
中谷 直人
折井 靖光
武井 利泰
奥村 治樹
田畑 晴夫
越部 茂
阪本 尚孝
山崎 博樹
今中 佳彦
保田 直紀
福島 英子
井上 忠信
松井 真二
■ 目次

 

        
          § 第1章 高分子・複合材料の熱膨張測定と応力解析および耐熱性評価 §

第1節 熱膨張の基礎
 1.熱膨張係数の定義とその性質
 2.熱膨張機構
 3.自由体積


第2節 各種高分子・複合材料における熱膨張の測定法
 1.体膨張係数
 2.ベローズ式PVT装置の特徴
 3.各種高分子のPVT測定例
 4.線膨張係数
 5.各種材料の膨張係数


第3節 熱膨張係数の低減法
 1.高分子の熱膨張係数の低減
 2.自由体積の膨張の抑制
 3.ゴムの収縮力を利用した線膨張の低減
 4.高分子の配向による線膨張の低減
 5.透明性を保持したままでの線膨張係数の低減
 6.充填剤の使用(複合材料)


第4節 高分子材料の耐熱性評価方法
 1.評価方法の分類
 2.各種試験評価法
  2-1 外観判定による耐熱性の表示
  2-2 耐熱変形性(短期耐熱温度)
   2-2-1 荷重たわみ温度(Temperature of Deflection under Load 略称:DTUL、熱変形温度)
   2-2-2 ビカット軟化温度(Vicat Softening Temperature、VST)
   2-2-3 ボールプレッシャー温度(Ball Pressure Temperature、BPT)
   2-2-4 ヒートサグ試験方法
   2-2-5 各種プラスチックの耐熱変形温度
  2-3 長期耐熱試験
   2-3-1 アメリカUL規格:746B「長期的特性評価」
   2-3-2 「有機材料の使用温度の上限値」(日本の電気用品安全法で規定)
 3.各種プラスチックの線熱膨張係数


第5節 高分子材料の熱膨張と測定法
 1.熱膨張のメカニズム
 2.ガラス状態とガラス転移
 3.熱膨張の測定方法
 4.低熱膨張材料の分子設計


第6節 ポリイミドを中心とした耐熱性高分子材料の特性と応用技術
 1.ポリイミド系耐熱高分子材料の歴史
 2.直鎖型ポリイミド
 3.架橋反応性ポリイミド
 4.ポリイミド材料の応用技術
  4-1 フレキシブルプリント配線基板用銅張積層板
  4-2 リジッドプリント配線基板用銅張積層板
  4-3 電子回路基板用絶縁材料
  4-4 半導体組立工程用材料
  4-5 航空宇宙用材料
5.耐熱性高分子材料の技術動向
  5-1 ポリイミド系樹脂
  5-2 ポリイミド系分子複合材料

第7節 複合材料の熱粘弾性応力シミュレーション
 1.熱粘弾性応力シミュレーションの必要性
 2.熱応力を求める粘弾性基礎式
 3.熱粘弾性応力シミュレーションの妥当性検証
  3-1 Al合金/エポキシ樹脂からなる積層体
   3-1-1 構成材料および形状
   3-1-2 計算方法
   3-1-3 エポキシ樹脂/Al合金の冷却実験
    (1) 試験片
     (2) 冷却方法
     (3) 変形量および残留応力分布の測定
   3-1-4 解析結果と実験値の比較
    (1) 冷却途中の変形
     (2) 残留応力分布

  3-2 Fe-Ni合金/LSI封止樹脂からなる積層体
   3-2-1 積層体の構成と解析
   3-2-2 反り変形挙動の解析および実験結果
 4.熱粘弾性応力シミュレーションのLSIパッケージへの応用事例
  4-1 LSIパッケージの熱残留応力
   4-1-1 表面実装型LSIパッケージの構造
   4-1-2 粘弾性三層積層体
   4-1-3 三層積層体の残留応力と熱変形の熱粘弾性応力シミュレーション
    (1) 温度分布の計算式
    (2) 解析に用いた材料物性値
    (3) 解析結果と考察
  4-2 エリアアレイ型LSIパッケージの材料最適化
   4-2-1 LSIパッケージの構造と解析モデル
   4-2-2 物性要因解析の結果と材料設計
    (1) 弾性係数に関する要因解析
    (2) ガラス転移温度に関する要因解析
    (3) 線膨張係数に関する要因解析
  4-3 フリップチップ型LSIパッケージの熱変形挙動
   4-3-1 LSIパッケージの構造
   4-3-2 反り変形のシミュレーション結果と実験値
    (1) 反り変形挙動
    (2) 残留反り変形量の計算値と実験値
 5. 二層積層体を用いた熱粘弾性応力シミュレーションによる
  5-1 層構成の最適化
   5-1-1 層間熱残留応力からみた層構成
    (1) 熱残留応力分布
    (2) 冷却過程で生じる層間熱応力

    (3) 層間熱残留応力と層構成
   5-1-2 残留反り変形量からみた層構成
    (1) 冷却過程の反り変形挙動
    (2) 層構成と残留反り変形量
   5-1-3 熱負荷条件と層構成
  5-2 熱負荷条件の最適化
   5-2-1 熱残留応力と残留反り変形量に及ぼす熱負荷条件の影響
   5-2-2 冷却過程の層間熱応力と反り変形量
   5-2-3 接着界面の熱残留応力と残留反り変形に及ぼす熱負荷条件の影響
  5-3 物性影響因子の最適化
   5-3-1 ガラス転移温度依存性
   5-3-2 線膨張係数依存性
   5-3-3 緩和弾性係数依存性
  5-4 粘弾性積層体の残留応力を求める簡易評価法
   5-4-1 提唱する簡易式
    (1) 簡易式の考え方と力学モデル
    (2) 弾性体と粘弾性体の組合せの簡易式
    (3) 粘弾性体同士の組合せの簡易式
   5-4-2 熱粘弾性数値解析の理論式
   5-4-3 厳密解と簡易解の算出方法
    (1) 厳密解の求め方
    (2) 簡易解の算出方法
   5-4-4 簡易式の妥当性検証
    (1) 積層体の形状と条件
    (2) LSIチップ/接着剤の積層体
    (3) LSIチップ/FR-4基板の積層体
    (4) FR-4基板/接着剤の積層体


第8節 半導体パッケージの界面はく離防止設計
 1.はく離試験
 2.接着工法のためのはく離試験方法
 3.はく離強度評価のための破壊力学パラメータ
 4.破壊力学パラメータを用いた接着接合部の信頼性設計の例



       § 第2章 低熱膨張・高耐熱性を有するプリント配線板材料の開発と熱応力対策 §

第1節 低熱膨張性ポリイミドと関連耐熱材料
 1.低熱膨張性絶縁材料の必要性
 2.線熱膨張係数と面内配向度の関係
 3.線熱膨張係数測定時の留意点
 4.面内配向度の測定方法
 5.熱イミド化誘起面内配向に及ぼす因子
  5-1 ポリイミド骨格の影響【9】
  5-2 熱イミド化条件の影響【9】
  5-3 隣接鎖の影響【9】
 6.負のCTEを示すポリイミド
 7.低熱膨張ポリイミドの例
 8.低熱膨張・低吸水率ポリエステルイミド【28】
  8-1 パラ芳香族エステル結合を含むテトラカルボン酸二無水物から得られるポリイミド
  8-2 パラ芳香族エステル結合を含むジアミンから得られるポリイミド
  8-3 テトラカルボン酸二無水物とジアミン両方にパラ芳香族エステル結合を含む系
 9.低熱膨張ポリベンゾオキサゾール【32,33】


第2節 低熱膨張ポリイミド光導波路フィルム
 1.OE-COF実装技術
  1-1 実装構造の特徴
  1-2 実装時における課題
  1-3 低熱膨張フィルムの開発
 2.低熱膨張性ポリイミド光導波路フィルム
  2-1 構造設計および作製
  2-2 マルチモード光導波路フィルム
   2-2-1 熱膨張係数評価
   2-2-2 光学特性評価
  2-3 シングルモード光導波路フィルム
   2-3-1 熱膨張特性評価
   2-3-2 光学的特性評価
 3.OE-COF実装の具体的検討例
  3-1 高周波電気配線特性評価
  3-2 VCSEL搭載OE-COFモジュール
   3-2-1 モジュール構成
   3-2-2 光学特性評価
   3-2-3 熱衝撃試験


第3節 熱可塑性液晶ポリマーフィルム
 1.ベクスターのタイプ
 2.特性
  2-1 熱特性
  2-2 力学特性及び粘弾性
  2-3 電気特性
  2-4 吸湿特性
 3. 熱特性や粘弾性を用いたトラブル対策
  3-1 フレキシブル回路基板の寸法安定性向上
  3-2 異なる耐熱性フィルムの組み合わせによる多層プリント回路の積層


第4節 FPC用ポリエチレンナフタレートフィルム
 1.フィルムの開発経緯[2]
 2.耐熱フィルム群におけるテオネックスRフィルムの位置付け
 3.テオネックスRフィルムの各種特性
  3-1 フィルム外観
  3-2 機械的性質
  3-3 熱的性質
  3-4 電気的性質
  3-5 化学的性質
 4.テオネックスR CCLの特徴


第5節 高耐熱・高信頼性材料
 1.開発コンセプト
 2.Hiperシリーズのラインナップ
 3.スルーホール接続信頼性
 4.吸湿率
 5.耐CAF性
 6.耐熱性


第6節 高機能プリント配線板
 1.プリント配線板材料の信頼性と低線膨張化について
 2. 低線膨張化技術
  2-1 樹脂による低線膨張化
  2-2 フィラーによる低線膨張化
 3.低線膨張プリント配線板
  3-1 環境対応高耐熱低熱膨張材料LαZ
  3-2 実装信頼性CEM−3


第7節 車載用プリント配線板
 1.自動車技術とプリント配線板用材料
 2.高耐熱性、高信頼性
 3.大電力対応、放熱性
 4.今後の動向


第8節 プリント配線板用ハロゲンフリー絶縁材料
 1.ハロゲンフリー樹脂材料の熱・機械物性
 2.ハロゲンフリー樹脂材料の耐熱性
 3.ハロゲンフリー樹脂材料の電気特性





        § 第3章 各種実装技術における応力(膨張と収縮)解析と熱トラブル対策 §

第1節 フリップチップ実装
 1.多ピン超音波フリップチップ実装技術の現状
 2.超音波フリップチップボンディングの原理
  2-1 摩擦
  2-2 塑性変形
  2-3 凝着
 3.多ピン超音波フリップチップ実装技術
  3-1 フリップチップボンダ
  3-2 実装温度の設定
  3-3 低中温域実装例
  3-4 アンダーフィル樹脂の低温硬化


第2節 エリアアレイ電子部品実装
 1.Coffin-Manson 修正式によるはんだ接合寿命予測方法
  1-1 Coffin-Manson 修正式による加速係数の算出方法
  1-2 Coffin-Manson 修正則における係数の算出方法
   1-2-1 m値の算出方法
   1-2-2 n値の算出方法
   1-2-3 Q値の算出方法
  1-3 対数正規確率紙プロット
 2. CBGA、CCGA
  2-1 構造
  2-2 信頼性向上のための因子
  2-3 CBGAにおける Coffin-Manson 修正式
 3.セラミックスCSP
 4.テープCSP

第3節 (鉛フリー)はんだ実装
 1. 熱疲労
 2. クリープ特性
 3.熱応力緩和・低減化対策
  3-1 基板(基材)要因と対策
  3-2 部品要因と対策
  3-3 はんだ材料要因と対策
  3-4 実装構造要因と対策
  3-5 はんだ付条件要因と対策
  3-6 使用温度条件要因と対策


第4節 樹脂と金属の接着
 1.歪・応力評価
 2.極薄層、微小領域の評価
 3.界面の評価





      § 第4章 低熱膨張・高耐熱性を有する封止・封着材料の開発と熱応力対策 §

第1節 半導体封止樹脂の低線膨張化と耐熱性向上
 1. 低線膨張化
  1-1 必要性
  1-2 低線膨張化の手法
  1-3 半導体パッケージの信頼性への影響
 2. 耐熱性
  2-1 封止樹脂自体の耐熱性
  2-2 実装工程での耐熱性(はんだリフロー)
  2-3 信頼性における耐熱性

第2節 LED封止樹脂材料
 1.発光原理
 2.LED
  2-1 開発経緯
   2-1-1 赤色の普及
   2-1-2 青色の実用
   2-1-3 白色の登場
  2-2 用途及び波長領域
  2-3 封止方法
  2-4 樹脂封止
   2-4-1 樹脂封止材料の種類
   2-4-2 樹脂材料の市場
  2-5 白色LED
   2-5-1 白色化機構
   2-5-2 白色LEDの問題
   2-5-3 白色LED用樹脂材料
 3.OLED
  3-1 OLEDの開発経緯
  3-2 OLEDのカラー化
  3-3 OLEDの封止方法
  3-4 OLED用接着材料
  3-5 OLEDの技術問題
  3-6 OLEDの樹脂封止
 4.競合技術
 5.今後の開発課題


第3節 耐熱性無機系封着剤
 1.熱膨張係数
 2.封着温度(作業温度)
 3.作業雰囲気
 4.化学的耐久性
 5.粒 度




        § 第5章 電子材料・部品における応力(膨張と収縮)解析と熱トラブル対策 §

第1節 FPD用ガラス基板
 1.プラズマディスプレイPDP: Plasma Display Panel
  1-1 PDPの構造と原理
  1-2 PDP用ガラス基板
  1-3 PDPにおける熱トラブルとその対策
   1-3-1 熱変形
   1-3-2 熱収縮
   1-3-3 黄変
 2.液晶ディスプレイLCD: Liquid Crystal Display
  2-1 LCDの構造と原理
  2-2 LCD用ガラス基板
  2-3 LCDにおける熱トラブルとその対策
   2-3-1 アルカリ金属拡散によるパネル特性の劣化
   2-3-2 熱収縮
 3.その他
  3-1 フィールドエミッションディスプレイFED: Field Emission Display
  3-2 エレクトロルミネッセンスEL: Electro Luminescence (Display)


第2節 低温焼成多層セラミック基板(LTCC)
 1.アルミナ/ガラス複合体の熱特性
  1-1 アルミナ/ガラス複合体の熱膨張
  1-2 アルミナ/ガラス複合体の熱衝撃性
  1-3 アルミナ/ガラス複合体の熱伝導
 2.LTCCの熱特性
  2-1 LTCCの熱膨張
  2-2 LTCCの熱衝撃
  2-3 LTCCの熱伝導

第3節 シリコーン系絶縁膜材料
 1.シリコーンラダーポリマーの開発コンセプト
 2.シリコーンラダーポリマーの膜特性
  2-1 耐熱特性
  2-2 熱硬化収縮特性
  2-3 内部応力特性
  2-4 絶縁特性
  2-5 他の膜特性


第4節 ヒートシンク材料(黒鉛/金属複合材料)
 1.既存のヒートシンク材料
 2.黒鉛
  2-1 結晶構造
  2-2 黒鉛結晶の熱特性
  2-3 多結晶黒鉛の熱特性
 3.黒鉛/金属複合体
  3-1 黒鉛と金属の濡れ性
  3-2 粉末冶金法からなる黒鉛/Cu複合体の熱伝導率
  3-3 溶浸法からなる黒鉛/金属複合体の熱特性
  3-4 黒鉛材料をプリフォームとした複合体の熱伝導率発現機構
 4.用途例


第5節 異種金属材料の接合
 1.熱応力特異性
  1-1 応力場の導出過程
   1-1-1 境界条件
   1-1-2 メリン変換の適用
   1-1-3 特性方程式
 2.熱応力の理論解
  2-1 特性方程式の根の変化
  2-2 熱応力場を支配する様々な解
  2-3 熱応力場
 3.応力強さの特性
  3-1 界面端周りの分布の分類
  3-2 特異性消失マップ
   3-2-1 (j1+j2)−j1平面
   3-2-2 k12−j1平面
 4.縮残留応力の発生条件
 5.有限要素法(FEM:Finite element method)を用いた熱応力特異性の解析
  5-1 理論解とFEM解析結果の比較
   5-1-1 特異性のオーダーの検討
   5-1-2 界面端周りの熱応力分布
   5-1-3 端部角度j1に対する熱応力分布の変化
  5-2 形状比が変化した場合の熱応力の変化
  5-3 熱応力特異性を数値解析で検討する場合の注意点

第6節 ナノインプリント
 1.熱ナノインプリント技術
 2.室温ナノインプリント技術
 3.光(UV)ナノインプリント技術
 4.ソフトリソグラフィ

 

熱応力 線膨張 耐熱性