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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
★ 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。

商品コード: T0675

  • 監修: 菅沼克昭
  • 発行日: 2009年4月
  • 価格(税込): 70,200 円
  • 体裁: B5判、344ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0104-4

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  • 鉛フリー,ハロゲンフリー,RoHS指令,低温はんだ,ウィスカ,はんだ,スクリーン印刷,めっき

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

 

著者一覧

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
髙橋邦明   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

目次

【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
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 
2.6 NGO/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―
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
3.1 ICP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
1. はじめに
2. Lead-free合金
3. Sn-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
4. Sn-Ag-Cuはんだ特有の現象
5. Lead-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
1. はじめに
2. Sn-Cuとは
3. Sn-Cuの利点
4. Sn-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
5. Sn-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
1. はじめに
2. 低融点はんだの必要性
3. 低融点化の方法
4. Sn-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)
1. はじめに
1.1 はんだとは
1.2 鉛フリーはんだの種類
2. Sn-Zn系はんだ
2.1 Sn-Zn系はんだの必要性
2.2 Sn-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)
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
1. はじめに
2. TND33-509LH
3. TAF40-15PF
4. TNW33-36EF
5. おわりに

第7章 ファインピッチバンプ形成技術(1)
1. はじめに
2. SJ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)
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
1. はじめに
2. 「小型高速モジュラーYS12」
3. 部品吸着
3.1 SS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
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∑CMII」
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
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
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
1. はんだ付をとりまく状況
2. 環境問題とはんだ付
2.1 RoHS規制
2.2 CO2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
4.1 UCSS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
1. 鉛フリー高温はんだ開発の現状
2. Sn-Sb系はんだ
3. Bi系はんだ
4. Au系はんだ
5. Zn系はんだ
6. Sn-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
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
1. VOC物質とは?
2. VOC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
3. VOC規制対応フラックスの信頼性
3.1 アビエチン酸
4. VOC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
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
1. はじめに
1.1 電子部品の端子めっきの歴史
1.2 Sn-Bi合金
2. Sn-Bi合金めっきの原理、管理、特性 
2.1 Sn-Biめっき液組成と電気めっき
2.2 Sn-Biめっき皮膜特性
3. Sn-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
1. はじめに
2. IC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
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
4.1 Sn-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&amp;金属結合型)
1. はじめに
2. Pb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
4.2 Sn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
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
1. はじめに
2. TCAPとは
2.1 TCAPの組成
2.2 TCAPによる実装プロセス
3. TCAP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)
1. はじめに
2. ACFの概要
2.1 異方導電接続
2.1.1 接続原理と特徴
2.1.2 ACFの構成
2.2 FPD回路の接続材料
2.3 環境に優しい材料
3. FPD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
3.3.1 TCP、COF出力用(TCP、FPC/Glassの接続) 
3.3.2 TCP、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
3.4.2 COG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
1. はじめに
2. ACFによるハンダやコネクター代替の現状
3. ACFと接続方法の概略
4. ACFの種類と環境適合性
5. ACF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
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
4.2 MCL-E-679GTの設計
4.3 MCL-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
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
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
3.1 PLA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
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
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
1. はじめに
2. X線の原理
3. X線装置の構成要素
3.1 X線源
3.2 X線検出器
4. X線透視装置
5. X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
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
3.3 HALT 
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
4.1 X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
4.2 FIB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 &amp; Speed」の実現
1. はじめに
2. 「Quality &amp; Speed」に対する実装現場の現状と課題
2.1 Material(はんだペースト)
2.2 Machine(検査機プログラム)
2.3 Method(検査システム)
3. センサ、検査装置活用による「Quality &amp; 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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