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耐熱性高分子電子材料の展開

(2003年『耐熱性高分子電子材料』普及版)

商品コード: B0844

  • 監修: 柿本雅明・江坂明
  • 発行日: 2008年3月
  • 価格(税込): 3,456 円
  • 体裁: A5判、231ページ
  • ISBNコード: 978-4-88231-973-3

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刊行にあたって

 『耐熱性高分子絶縁材料』がシーエムシー社から1984年に出版されてから19年もの月日が流れた。その間の耐熱性材料を取り巻く環境は大きく変わった。20年前は大型コンピューターの時代で、その技術開発が材料を進歩させたといえる。その後のLSIの高速化、高密度化は想像を超えた速度であり、これを実現させた技術の進歩と集約はこの時期、機器の小型化を次々と実現させていく。最も身近に感じるのはパーソナルコンピューターの進歩であろう。20年前と言えば、NECのPC-9801を使用していた。Windowsはまだ手近にはなく、Macの方が操作性に優れているということで好評であった。現在のPCの速度と比べると、当時のPCは実にのどかであったことか。テレビ電話並の今の携帯電話を誰が予想したであろうか。そして、ウェヤラブルコンピュータのモデルも実感の湧く形で出現している。(人間はますます忙しくなる。)
 このような進歩のなかで、耐熱性高分子材料には3つの課題が課せられてきたと言える。すなわち、耐熱性向上、低誘電率化、加工性向上である。まず、耐熱性の問題であるが、電子材料分野では、ハンダ耐熱が基本であり、250℃の耐熱性が要求される。ところが、ハンダの鉛フリー化が進展しつつあり、ハンダの溶融温度が上昇することから、280℃くらいまで耐熱性が必要となってきている。こうなると使用できる材料にさらなる制限が加わることとなる。
 低誘電率化は、小型化、高速化で素子内や基板上での信号伝搬速度が上がるに連れて深刻な問題となってきており、近い将来には誘電率2.5程度の材料が普通に使われることとなると思われる。現在この値をクリヤーする材料は知られているが、使える材料レベルに行くにはさらなる研究が必要であろう。
 実際のパッケージングや実装では、ビアホールやスルーホールの形成等の加工が必要となるが、どんどん加工が微細化するにつれ、この技術はドリルからレーザーによる穴あけ、また一方で直接光加工可能な耐熱性高分子へと変わってきている。環境への配慮から、アルカリ現象可能な感光性耐熱性材料の必要性はますます大きくなると思われる。
 本書では触れなかったが、今後は材料のリサイクル、回収の問題がクローズアップされるであろう。業界全体のコストを下げ、リサイクル促進のためには製品の規格統一が進むと考えられる。
 それでは、本書の構成を紹介しておこう。
 まず、第1章から第4章までは基礎編である。第1章と第2章では高分子に耐熱性を持たせるためにはどうしたらよいかが書かれている。これらの章は今後も耐熱性高分子の分子設計の基本として変化することはない。この分野に馴染みのない方々には少々取り付きにくい面もあるかと思うが、将来役に立つことがあると確信する。第3章では低誘電率化を達成させるためにはどのように考えればよいかを書いていただいた。第4章は加工技術の一つとして光加工を取り上げた。微細加工を目指すとすればドリルから光へと方法の選択が変わってくる。さらに、低誘電率で光り加工性を持つ材料は次段階では要求が出てくる。これについても触れていただいた。
 第5章以降は実際の材料を解説した応用編である。第5章から第10章は商品形態別に材料性能も含めて解説していただいた。第11章は材料そのものの説明で、今後も多方面での応用展開が可能であると思われる。耐熱性高分子は加工が難しい。高分子の加工で最も一般的な押し出し成形は高分子の熱可塑性を利用している。加熱すると高分子は軟らかくなる訳であるが、この時点で耐熱を失うことになる。つまり、耐熱性高分子は例えば250℃以下で軟化しては材料的に意味を持たないことになる。しかし、押し出し成形(注型成形)ができることは大きな魅力である。第5章では、耐熱性高分子で注型成形が可能な材料の紹介を書いていただいた。余談であるが、第6章のポリイミドフィルムは耐宇宙線に優れ、人工衛星の電子部品を守る目的で人工衛星全体をポリイミドフィルムで被覆している。(これは相模原にある文科省宇宙科学研究所やお台場にある日本科学未来館で見ることができる)アラミド(芳香族ポリアミド)は耐熱性を上げようとするとアミド結合同士の水素結合と芳香環の充填から高結晶性となる。これは材料的には弾性率が向上するがタフネスが低下することになる。繊維に加工するには好都合であるが、フィルムに加工するとバリバリの脆いものになると言うことになる。第7章のアラミド紙は以上のアラミドの性質をうまく使って、紙という形態でフィルム状にした成功例である。また、第8章のアラミドフィルムは企業努力で難しい成形を成功させた例である。耐熱性のテープあるいはフレキシブルプリント基板は素子を実装するのに最も実用的な材料である。第9章では耐熱性テープの実際を解説いただいた。また、フレキシブルプリント基板およびビルトアップ材料については何社に執筆を打診したが、競争が激しく、商品寿命が短く、そして皆様あまりにご多忙で書いていただくことができなかったのは残念である。第10章の半導体封止材はLSIを守る最も大事な材料である。LSIにおけるフォトレジストと封止材は有機高分子の進歩がLSIの進歩を支えたと言っても過言ではない。
 第11章は「その他注目材料」と言うことでまとめさせていただいた。御執筆いただいた4社の方には大変失礼なことをしてしまった訳であるが、第10章までとは少々異質の取り扱いとなるのでこのような形になったことをご了承いただきたい。第11章1のベンゾシクロブタン系材料と第11章2のポリフェニレンエーテルはポリイミドが主流であった電子材料に低誘電率を特徴として参画してきた材料である。第11章3の液晶ポリマーは耐熱性を有しながら注型性に優れた材料として色々な部品に加工されている。第11章4のBTレジンはフェノール樹脂の上を行く耐熱性樹脂として注目材料と言える。
 超高速で進歩する電子材料の分野では、この種の解説書は5年程度の命であるかと思われる。次回の出版で電子材料の世界がどのくらい変化しているのか楽しみである。
 最後に、本書を作るにあたり著者の選択には多くの方々のご尽力、またご助言をいただいた。この場を借りてお礼を述べたい。

2003年5月
東京工業大学 大学院理工学研究科
有機・高分子物質専攻
柿本雅明

<普及版の刊行にあたって>
 本書は2003年に『耐熱性高分子電子材料』として刊行されました。普及版の刊行にあたり、内容は当時のままであり加筆・訂正などの手は加えておりませんので、ご了承ください。

2008年3月  シーエムシー出版 編集部

著者一覧

今井淑夫   東京工業大学 名誉教授
竹市 力   豊橋技術科学大学 物質工学系 教授
後藤幸平   JSR(株) リサーチフェロー/特別研究室 室長
望月 周   日東電工(株) 基幹技術センター 第1グループ グループ長
         (現)Nitto Denko Technical Corporation Director
玉井正司   (現)三井化学(株) マテリアルサイエンス研究所 研究部長 材料設計ユニット・リーダー
黒木貴志   三井化学(株) マテリアルサイエンス研究所 先端材料グループ 研究員
下川裕人   (現)宇部興産(株) 機能品・ファインカンパニー 機能品技術開発部 主席部員
小林紀史   宇部興産(株) 機能品ファインディビジョン ポリイミドビジネスユニット 
村山定光   帝人アドバンストフィルム(株) 開発営業部 部長
         (現)帝人テクノプロダクツ(株) アラミド市場開発室 技術アドバイザー佃 明光   (現)東レ(株) フィルム研究所 主任研究員
安藤雅彦   (現)日東電工(株) インダストリアル事業部門 基盤技術部 第1グループ長
谷本正一   (現)日東電工(株) インダストリアル事業本部 商品開発部 第6グループ 主任研究員
大浦正裕   (現)日東電工(株) インダストリアル事業本部 商品開発部 第4グループ長
天野恒行   (現)日東電工(株) インダストリアル事業本部 商品開発部 第8グループ 主任研究員
井上 修   住友ベークライト(株) 電子デバイス材料第1研究所 研究部長
大場 薫   ダウ・ケミカル日本(株) 電子材料事業本部 研究開発主幹
片寄照雄   旭化成(株) 電子材料事業部 技術部長
         (現)工学院大学 非常勤講師
吉川淳夫   (現)(株)クラレ 西条事業部 電材生産開発部 部長
近藤至徳   (現)三菱ガス化学(株) 東京研究所 主席研究員

監修
柿本雅明    (現)東京工業大学 大学院理工学研究科 有機・高分子物質専攻 教授
江坂 明    (現)デュポン(株) フレキシブル材料部 部長

 執筆者の所属表記は、注記以外は2003年当時のものを使用しております。

目次

【基礎編】
第1章 耐熱性高分子の分子設計
1. はじめに
2. 高分子の熱特性
2.1 融解の熱力学
2.2 高分子の融点とガラス転移点
2.3 高分子の熱分解
3. 耐熱性高分子の分子設計
3.1 耐熱性高分子の分子設計の基礎
3.2 耐熱性高分子の分子設計指針
3.2.1 極性の大きい連結基の導入
3.2.2 対称性のよい芳香族環の導入
3.2.3 二重鎖構造の導入
3.2.4 三次元網目構造の導入
3.3 成形加工性に優れる耐熱性高分子の分子設計
3.3.1 溶融成形性の耐熱性高分子
3.3.2 有機溶媒可溶性の耐熱性高分子
4. 耐熱性高分子材料
4.1 高分子材料の耐熱性
4.1.1 高分子材料の物理的耐熱性
4.1.2 高分子材料の化学的耐熱性
4.1.3 高分子材料の実用的耐熱性
4.1.4 高分子材料の長期耐熱性
4.1.5 高分子材料の短期耐熱性
4.2 耐熱性高分子材料の具体例
4.2.1 耐熱性プラスチック
4.2.2 ポリイミド
4.2.3 ポリベンゾアール類

第2章 耐熱性高分子の物性
1. はじめに
2. 力学的性質
2.1 耐熱性・高弾性率繊維
2.2 プラスチックの高強度・高弾性率化
2.3 ポリイミドの力学的性質
2.4 高強度・高弾性率ポリイミド
3. 熱可塑性ポリイミド:高温力学特性と溶融流動性
4. 熱硬化性ポリイミド:高靭性化と耐衝撃性の向上
5. 電子材料に要求される物性
5.1 線熱膨張係数
5.2 低弾性率化
5.3 接着性
6. まとめ

第3章 低誘電率材料の分子設計
1. 低誘電率材料の必要性
2. 低誘電率化設計の基本的な考え方と化学構造の関係
3. 低誘電率化の機能設計の具体例
3.1 モル分極率(Pm)を小さくする
3.1.1 フッ素原子、フッ素置換基の導入
3.2 モル容積空間占有体積(Vm)を大きくする
3.2.1 整列しにくい構造の導入
3.2.2 嵩高い構造の導入
3.2.3 低密度化を伴う重合方法:蒸着重合
3.2.4 空孔化:nanofoam
4. まとめ

第4章 光反応性耐熱性材料の分子設計
1. はじめに
2. 感光性ポリイミドの分子設計
3. ネガ型感光性ポリイミド
4. ポジ型感光性ポリイミド
4.1 オルトニトロベンジルエステル型
4.2 ポリアミド酸/溶解抑制剤系
4.3 現像方法によるアプローチ
5. ポリヒドロキシイミド(PHI)をマトリックスとする系
5.1 PHI/DNQ系
5.2 化学増幅系PHI(ポジ型:脱保護反応)
5.3 化学増幅系PHI(ネガ型:橋架け反応)
6. ポリイソイミド(PII)をポリイミド前駆体とする系
6.1 PII/DNQ系
6.2 PII/光塩基発生剤
7. ポリイミド以外の感光性耐熱ポリマー
7.1 ポリ(カルボジイミド)(PCD)/光塩基発生剤
7.2 ポリエーテルケトン
7.3 ポリ(ベンゾキサゾール)(PBO)/DNQ
8. 感光性耐熱ポリマーの高機能化
8.1 低誘電率感光性ポリイミド
8.2 感光性ナノポーラスポリイミド
8.3 光導波路用感光性ポリイミド
9. まとめ

【応用編】
第5章 耐熱注型材料
1. はじめに
2. 注型材料としてのスーパーエンジニアリングプラスチック
3. スーパーエンプラの特徴と用途
3.1 ポリフェニレンサルファイド(PPS)
3.2 耐熱ポリアミド
3.3 液晶性ポリエステル(LCP)
3.4 ポリアリレート(PAR)
3.5 ポリスルホン(PSF)
3.6 ポリエーテルスルホン(PES)
3.7 ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)
3.8 まとめ
4. 注型材料としてのポリイミド
4.1 熱可塑性ポリイミド(TPI:Thermoplastic Polyimide)「AURUM(R)」
4.2 高結晶熱可塑性ポリイミド「Super AURUM(R)」
5. おわりに

第6章 ポリイミドフィルム
1. はじめに
2. ポリイミドの化学構造と特質
3. ポリイミドフィルムの製法
4. ポリイミドフィルムの特性
4.1 耐熱性
4.1.1 物理的耐熱性
4.1.2 化学的耐熱性
4.1.3 他のプラスチックとの比較
4.2 機械的特性
4.3 耐薬品性
4.4 吸水率
4.5 その他の物性
5. ポリイミドフィルムの用途
5.1 電子材料分野での用途
5.1.1 TABテープ基材
5.1.2 FPC基材
5.2 電子実装材料以外の用途
6. 需要動向
7. 製品規格
7.1 タイプ
7.1.1 ユーピレックス(BPDA系)
7.1.2 カプトン(PMDA系)
7.1.3 アピカル(PMDA系)
8. 最近のトピックス
8.1 熱可塑性ポリイミドフィルム
8.1.1 ユーピレックス-VT
8.2 2層CCL基材
8.2.1 2層CCLの製造法
8.2.2 ラミネート方式2層CCL「ユピセルN」
8.2.3 めっき方式2層CCL「ユピセルD」
9. おわりに

第7章 アラミド繊維紙
1. はじめに
2. アラミドの名称と種類
3. アラミド繊維の製法と構造
4. アラミド繊維の特性と電子材料用途
4.1 メタ型アラミド繊維の特性と用途
4.2 パラ型アラミド繊維の特性と用途
5. おわりに

第8章 アラミドフィルム
1. はじめに
2. アラミドについて
3. “ミクトロン”の分子設計
3.1 置換型パラ系アラミドフィルム
4. “ミクトロン”の製造方法
4.1 重合
4.2 製膜
5. “ミクトロン”の特性
5.1 機械的特性
5.2 熱的特性
5.3 湿度特性
5.4 ガスバリア性
5.5 耐薬品性
5.6 表面性
5.7 加工性
6. “ミクトロン”の用途
6.1 磁気記録材料
6.2 電子機器用途
7. 他のパラ系アラミドフィルム
8. おわりに

第9章 耐熱性粘着テープ
1. はじめに
2. 電子部品および半導体用耐熱粘着テープ
2.1 アルミ電解コンデンサ素子巻止め用PPS粘着テープ
2.2 半導体パッケージ樹脂バリ防止用PI粘着テープ
3. 耐熱両面接着テープ
3.1 鉛フリーハンダ対応耐熱両面接着テープ
4. 耐熱バーコードラベル
4.1 ブラウン管製造工程管理用ラベル
4.2 セラミックラベル
4.3 シリコーンラベル
5. おわりに

第10章 半導体封止用成形材料
1. はじめに
2. 半導体封止用成形材料について
2.1 半導体封止用成形材料の成形性
2.2 半導体封止用成形材料の信頼性
2.2.1 耐湿性
2.2.2 耐温度サイクル性
2.2.3 耐ハンダ特性
3. 最近の課題とその対応/鉛フリーハンダ対応および環境対応封止材料の開発
3.1 鉛フリーハンダリフロー性の向上
3.2 ハロゲン・アンチモンフリー化技術との両立
3.2.1 代替難燃剤の添加
3.2.2 フィラー高充填による難燃化
3.2.3 自己消火性を有するレジンの適用
3.3 エリア実装パッケージ
3.4 高周波対応樹脂
4. おわりに

第11章 その他注目材料
1. ベンゾシクロブタン樹脂
1.1 はじめに
1.2 ベンゾシクロブテン環の反応性
1.3 CYCLOTENE樹脂
1.4 DVS-bisBCB(CYCLOTENE)樹脂の硬化反応
1.4.1 標準硬化条件
1.5 硬化物の特性
1.5.1 誘電特性
1.5.2 低吸湿性
1.5.3 耐熱性
1.5.4 平坦化性
1.5.5 光学特性
1.5.6 線膨張係数
1.5.7 密着性
1.5.8 耐薬品性
1.6 感光性CYCLOTENE樹脂システム
1.7 CYCLOTENE樹脂薄膜形成プロセス
1.7.1 ドライエッチング用CYCLOTENE成膜プロセス
1.7.2 感光性CYCLOTENE成膜プロセス
1.7.3 露光、現像条件の解像度への影響
1.8 DVS-bisBCB樹脂の強靭化
1.9 おわりに

2. 熱硬化型PPE樹脂
2.1 市場動向
2.2 電子材料としての高分子
2.3 熱硬化型PPE樹脂
2.4 熱硬化型PPE樹脂銅張積層板
2.4.1 プリプレグ
2.4.2 銅張積層板
2.5  ビルドアップ用熱硬化型PPE樹脂
2.5.1 APPE樹脂付き銅箔の特徴
2.5.2 絶縁材料としての特性―電気特性/耐熱性/吸水率―
2.5.3 加工特性
2.5.4 ビルドアップ多層配線板の信頼性
2.6 今後の展望

3. 液晶ポリマー
3.1 はじめに
3.2 LCPの分類と特徴
3.2.1 化学構造と合成方法
3.2.2 耐熱性
3.2.3 流動特性と成形加工性
3.3 射出成形品
3.4 フィルム成形品
3.4.1 製法
3.4.2 機械的性質
3.4.3 熱的性質と寸法安定性
3.4.4 電気的性質
3.4.5 吸湿性
3.4.6 耐薬品性
3.4.7 環境適合性
3.4.8 ガスバリア性
3.4.9 耐放射線性
3.4.10 アウトガス
3.4.11 レーザー穴あけ加工性とめっき性
3.5 用途
3.5.1 銅張積層板
3.5.2 多層フレキシブル配線板
3.6 おわりに

4. BTレジン
4.1 BTレジンとは
4.2 シアネート化合物
4.3 BTレジンの製法
4.4 BTレジンの特徴
4.5 BTレジンの種類と特徴
4.6 BTレジン銅張積層版
4.6.1 パッケージ材料用BTレジン積層板
4.6.2 高速・高周波回路用BTレジン積層板
4.6.3 ICカード・LED用BTレジン積層板
4.6.4 バーンインボード等用BTレジン積層板
4.6.5 その他BTレジン積層板
4.7 樹脂付き銅箔材料
4.8 今後の展開
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