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積層セラミックデバイスの材料開発と応用

  • Material Development and Application of Multilayered Ceramic Devices
(2006年『積層セラミックデバイスの最新開発技術』普及版)

商品コード: B0959

  • 監修: 山本孝
  • 発行日: 2011年4月
  • 価格(税込): 4,536 円
  • 体裁: A5判,279ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0313-0

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  • 積層セラミックコンデンサ,スロットダイ,積層フェライトチップインダクタ,チップバリスタ,サーミスタ,圧電アクチュエータ

刊行にあたって

 携帯電話,モバイルパソコンに代表される情報電子機器の小型化,高性能化,省電力化の流れは留まるところを知らず,それらに搭載される受動素子も表面実装可能なチップ化が急速に進展している。積層受動素子は,セラミックス(酸化物)と金属電極が層状に積み重なって一体化(同時焼成)された複合体,―積層セラミックコンデンサの場合はチタン酸バリウムとニッケル(Ni),積層インダクタの場合はフェライトと銀(Ag),積層バリスタは酸化亜鉛とパラジウム(Pd),積層PTCは半導体チタン酸バリウムとニッケル(Ni)積層圧電トランスは鉛系PZTと銀(Ag)―であり工学的に興味をそそる問題を含むとともに,従来の受動素子の延長というよりは,新しい受動素子といった方が適切である。
 この積層(Multi-layer)に関する技術は,1961年にアメリカのJ.L Parkがテープキャステイング技術を積層セラミックスコンデンサ(MLCC) に適用した特許に始まる。その後,MLCCの父と呼ばれているRCAのB.Schwartzにより今日の多くの積層技術が開発され,同年,RCAにより最初の積層セラミックスコンデンサ(MLCC)が開発された。積層セラミックスコンデンサ(MLCC)は50数年の歴史を経て進化してきたのに対して,積層バリスタ,積層PTC,積層NTCはこの世に出たばかりである。
 そこで本書はこのような観点から,現在の積層デバイス技術を幅広く紹介することを主な目的として,まずその基礎となる積層デバイス用材料,積層デバイス作製装置を述べる。そして次に,各種の先端の開発事例について,開発経緯,積層デバイス材料,デバイスの特徴,応用等を紹介する。
 以上,本書の内容について説明したが,ここで説明する積層デバイス技術,種々の開発事例が,今後,積層デバイスの研究・開発に携わっている方々に,少しでもお役に立てば幸いである。

(「まえがき」より抜粋)

2006年8月 山本 孝

<普及版の刊行にあたって>

 本書は2006年に『積層セラミックデバイスの最新開発技術』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。

2011年4月  シーエムシー出版 編集部

著者一覧

山本 孝    防衛大学校 通信工学科 教授
日高一久    堺化学工業(株) 中央研究所 兼 電子材料事業部
式田尚志    堺化学工業(株) 電子材料事業部  
大釜信治    堺化学工業(株) 電子材料事業部  
堺 英樹    (現)東邦チタニウム(株) 技術開発本部 開発部 主任技師
巨 東英    (現)埼玉工業大学 工学研究科 物質科学工学専攻 教授
秋山善一    (株)リコー 研究開発本部 シニアスペシャリスト
上山竜祐    (現)大研化学工業(株) 電子材料事業部 技術2部 部長
富田秀幸    ノリタケ機材(株) 技術部 グループリーダー
中里匡志    (現)(株)康井精機 営業部 課長
飯田英男    (現)日清エンジニアリング(株) 上福岡事業所 第一機器販売センター センター長
和田信之    (株)村田製作所 材料開発センター 部長
岸 弘志    太陽誘電(株) 商品開発本部 材料開発部 部長
佐藤茂樹    (現)TDK-EPC(株) セラミックコンデンサビジネスグループ コンデンサ製品グループ 高大容量製品部 部長
佐藤高弘    (現)TDK-EPC(株) マグネティクスビジネスグループ 積層製品ビジネスユニット 係長
桜井信雄    太陽誘電(株) R&Dセンター 材料開発部 
松岡 大    TDK(株) センサアクチュエータ B. Grp 半導体材料製品グループ 主任技師
山﨑利行    TDK(株) センサアクチュエータ B. Grp 主査
小笠原 正    TDK(株) センサアクチュエータ B. Grp G.M.
小山一茂    パナソニック エレクトロニックデバイス北海道(株) MLCD工場 工場技術2課 主任技師
古賀英一    (現)パナソニック エレクトロニックデバイス(株) 開発本部 材料デバイス開発センター 基盤材料グループ 主任技師
新見秀明    (現)(株)村田製作所 故障解析センター 担当次長
髙橋雅幸    パナソニック エレクトロニックデバイス北海道(株) セラミック部品工場 工場技術1課 主任技師
         (現)パナソニック エレクトロニックデバイス(株) キャパシタビジネスユニット 技術部 材料プロセス開発チーム 主任技師
沖本知久    (現)パナソニック エレクトロニックデバイス(株) 技術3グループ 技術3チーム 主幹技師 
渡部嘉幸    (現)太陽誘電(株) コンデンサ事業部 商品開発部 課長
栗原和明    (現)(株)富士通研究所   
近藤正雄    (現)(株)富士通研究所
福岡義孝    (現)(有)ウェイスティー 代表取締役

執筆者の所属表記は,注記以外は2006年当時のものを使用しております。

目次

【第I編 材料】
第1章 コンデンサ材料
1. 水熱合成法チタン酸バリウム粉末
1.1 はじめに
1.2 水熱法について
1.3 水熱合成法チタン酸バリウムの特徴
1.4 水熱法で得られるチタン酸バリウム及びその同族固溶体粒子の性状
1.5 水熱合成法による微細正方晶チタン酸バリウム粉末
1.6 おわりに

2. 塩素法による高純度超微粒子TiO2
2.1 はじめに
2.2 TiO2の製造方法
2.3 TiO2の結晶形
2.4 ルチル化率制御による粒度分布の改善
2.5 塩素法における球状粉TiO2の合成
2.6 固相反応による球状BT調製の検討

第2章 磁性材料(低温焼結用)
1. 緒言
2. 実験方法
2.1 混合シュウ酸塩の調製
2.2 NiCuZnフェライト粉末の合成
2.3 成形体の作製
2.4 焼結体の作製
2.5 焼結体の評価
3. 実験結果および考察
3.1 NiCuZnフェライト粉末の合成条件
3.2 合成したNiCuZnフェライト粉末の評価
3.3 TMAによる焼結挙動の観察
3.4 焼結体の密度評価
3.5 焼結体のSEM観察
3.6 焼結体の磁性特性評価
3.7 曲げ強度の評価
4. まとめ

第3章 圧電材料(低温焼結用)
1. 圧電セラミックス材料の発展
2. 積層圧電デバイス
2.1 積層圧電アクチュエータ
2.2 積層圧電トランス
3. 圧電セラミックスの低温焼結技術
3.1 低温焼結技術
3.1.1 仮焼原料の微粒子化
3.1.2 新しい原料合成プロセスの採用
3.1.3 低温焼結性材料設計
3.1.4 新しい焼成プロセスの採用
3.1.5 低融点物質の添加(焼結助剤)
3.2 液相焼結

第4章 電極材料
1. 積層セラミックコンデンサ用Ni電極ペーストの最新開発技術動向
1.1 はじめに
1.2 Niナノ粒子およびBTレジネートの特徴
1.3 薄膜Ni電極ペースト特性
1.4 Niナノ粒子およびBTレジネートを用いたMLCC積層評価
1.5 おわりに

2. 高機能貴金属内部電極
2.1 はじめに
2.2 積層デバイス用内部電極材料への要求
2.2.1 焼成収縮挙動の調整
2.2.2 薄層化対応
2.2.3 安価
2.3 セラミックコーティング貴金属粉末
2.3.1 収縮挙動調整の必要性
2.3.2 各種手法による収縮挙動の調整
2.3.3 セラミックコーティング金属粉末の製法と特徴
2.4 高結晶貴金属粉末
2.4.1 結晶子と耐熱性
2.4.2 高結晶粉末の製造方法
2.4.3 高結晶Pt粉末の特徴
2.5 高結晶合金粉末
2.5.1 共沈粉末と合金粉末
2.5.2 高結晶Ag/Pd合金粉末及びこれを用いた電極特性
2.6 おわりに

【第II編 作製機器】
第1章 積層デバイス用薄膜グリーンシート成形技術/スロットダイ法
1. はじめに
2. スロットダイ方式とは
2.1 スロットダイ方式の原理
2.2 オフ・ロールとオン・ロール方式
3. 高速・薄膜成形のための要件
3.1 リップの形状
3.2 成膜厚みとクリアランス
3.3 成膜速度と粘度
3.4 成膜厚みと速度
3.5 スロットダイのリップ厚み
4. スロットダイ方式による成形ライン
4.1 乾燥炉
4.2 スロットダイとスラリー
4.3 薄膜成形の条件

第2章 粉砕・分級技術
1. はじめに
2. 粉砕操作
3. 分級操作
3.1 空気分級機の原理
3.2 分散処理
3.2.1 リングノズル式分散器
3.2.2 気流式粉砕機を用いた分散
4. 粉砕分級システム
4.1 開回路粉砕分級システム
4.2 閉回路粉砕分級システム
5. 不活性ガス下での粉砕分級
6. 実施例
6.1 MLCC内部電極用Ni粒子の分散・分級処理
6.2 MLCC内部電極用BaTiO3の分散処理
6.3 MLCC外部電極用Cu粒子の分散・分級処理
7. おわりに

【第III編 デバイス】
第1章 積層セラミックコンデンサ
1. 大容量積層セラミックコンデンサの開発
1.1 はじめに
1.2 誘電率温度特性とグレイン成長の関係
1.3 非コアシェル構造の信頼性設計
1.4 大容量積層セラミックコンデンサ
1.5 おわりに

2. 薄層Ni電極積層セラミックコンデンサの微細構造設計
2.1 はじめに
2.2 微細構造と等価回路モデル
2.3 微細構造と電気特性
2.4 熱刺激電流(TSC)測定からみた粒界の性質
2.5 BaTiO3の小径化と誘電特性の変化
2.6 おわりに

3. 積層セラミックス部品の技術動向
3.1 はじめに
3.2 積層電子部品への要求
3.2.1 電子機器からみた電子部品の動向
3.2.2 電子部品の小型・低背化
3.2.3 高性能化
3.3 積層電子部品の技術動向
3.3.1 積層コンデンサおよび積層インダクタ・フィルターの構造
3.3.2 積層部品の製造方法
3.3.3 積層セラミックコンデンサ用の材料技術の動向
3.3.4 積層プロセスの技術動向
3.4 おわりに

第2章 チップインダクタ
1. チップインダクタの開発
1.1 はじめに
1.2 積層フェライトチップインダクタ
1.2.1 構造と性能
1.2.2 製造方法
1.2.3 要素技術
1.2.4 J公差シリーズの開発
1.2.5 電気特性
1.3 積層セラミックチップインダクタ
1.3.1 構造と性能
1.3.2 要素技術
1.3.3 Qシリーズの開発
1.3.4 電気特性
1.4 今後の動向

2. 積層インダクタの最近の進展と技術動向
2.1 はじめに
2.2 積層インダクタの概要と市場動向
2.2.1 積層インダクタ
2.2.2 市場動向とトレンド予測
2.3 積層インダクタ開発の技術動向
2.3.1 積層インダクタ開発のポイント
2.3.2 NiZnCuフェライト材料における微量不純物の制御
2.3.3 フェライト粉体設計の高度化
2.3.4 小型化対応フェライト材料の開発
2.4 将来型インダクタへ向けての展望
2.5 おわりに

第3章 積層バリスタ
1. Pr系積層チップバリスタ
1.1 はじめに
1.2 チップバリスタの作製方法とその評価
1.3 チップバリスタの作製
1.4 チップバリスタ粒界の解析
1.5 内部電極Pdとの同時焼成の影響
1.6 チップバリスタの設計
1.7 静電気対策部品としてのチップバリスタ
1.8 おわりに

2. 微細構造制御による低誘電率バリスタ材料と応用デバイス
2.1 はじめに
2.2 低誘電率バリスタ材料の開発
2.2.1 低誘電率化の検討
2.2.2 低誘電率バリスタ材料の開発
2.3 積層バリスタの新しい展開
2.3.1 EMI/ESD対策デバイス「EMI/ESDフィルタ」
2.3.2 ESD抑制効果改善の設計技術
2.4 おわりに

第4章 BaTiO3系半導体(PTCサーミスタ)の積層化
1. はじめに
2. 積層化における課題
2.1 PTCサーミスタの原理
2.2 積層化の課題
3. セラミック材料による高耐電圧化
3.1 耐電圧支配要因
3.2 厚み要因の解析
3.3 積層構造と特性
3.4 積層PTCサーミスタ材料の微構造
4. おわりに

第5章 積層サーミスタ
1. 積層サーミスタ,製品説明
1.1 チップサーミスタとは
1.2 チップサーミスタの種類およびその特徴
2. サーミスタ材料
2.1 電気特性と材料組成
2.2 耐めっき性
2.3 材料強度
2.4 耐久性能
2.5 高精度化への対応
3. 製造プロセス
4. まとめ

第6章 積層圧電
1. 積層型セラミックスピーカの特徴と応用
1.1 積層型セラミックスピーカの動作原理と特徴
1.2 積層型セラミックスピーカの音圧特性
1.3 積層型セラミックスピーカとダイナミックスピーカにおける薄さの比較
1.4 積層型セラミックスピーカの省エネ特性
1.5 積層型セラミックスピーカの電気特性
1.6 積層型セラミックスピーカ実装のメリット
1.7 積層型セラミックスピーカの音響設計

2. 積層圧電アクチュエータ
2.1 はじめに
2.2 積層圧電アクチュエータ
2.2.1 積層圧電アクチュエータの構造
2.2.2 積層圧電アクチュエータの製造プロセス
2.3 高変位圧電セラミック材料
2.3.1 PNN‐PT‐PZセラミックスの組成と圧電特性
2.3.2 PNN‐PT‐PZセラミックスの低温焼成
2.4 HDD用マイクロアクチュエータへの応用
2.4.1 駆動方式
2.4.2 アクチュエータの設計
2.4.3 アクチュエータの特性
2.5 おわりに

第7章 部品内蔵配線板技術の最新動向
1. はじめに(EPD/EAD技術開発の必要性と背景
2. 受動/能動部品内蔵配線板技術のタイプ分類とその特徴および用途と目標精度
2.1 受動素子/部品内蔵(EPD)技術のタイプ分類とその特徴
2.2 能動素子/部品内蔵(EPD)技術のタイプ分類とその特徴
2.3 応用電子機器システム製品と使用周波数帯域
2.4 各種形成内蔵受動素子精度目標
3. 受動部品/膜素子内蔵配線板技術の最新開発動向
3.1 市販受動チップ部品内蔵配線板(EPD)技術の最新開発動向(大日本印刷(DNP)を例に)
3.1.1 市販受動チップ部品内蔵ビルドアップ配線板"B2itTM"プロセス
3.1.2 市販チップ部品内蔵EPDフィルタモジュール(DNP)
3.1.3 改良型SMT実装方式市販受動チップ部品内蔵"B2itTM"配線板プロセス
3.1.4 改良型SMT実装方式市販受動チップ部品内蔵"B2itTM"配線板の信頼性特性
3.2 受動厚膜素子内蔵タイプのビルドアップ配線板の開発
3.2.1 各種膜素子(抵抗および誘電体)材料物性特性とその値形成範囲
3.2.2 膜素子内蔵タイプの断面構造およびプロセス
3.2.3 抵抗膜素子内蔵タイプの開発およびその特性評価結果(シート抵抗100Ω/□を材料の代表として)
3.2.4 誘電体(容量)膜素子内蔵タイプの開発およびその特性評価結果(誘電率εr=60のポリマーペースト材料を代表として)
3.3 低温熱硬化ペーストによる厚膜受動素子内蔵EPDモジュール(DNP)
3.3.1 低温熱硬化ペーストによる厚膜受動素子内蔵配線板プロセスならびに断面構造
3.3.2 低温熱硬化ペーストによる厚膜抵抗膜素子内蔵配線板のEPDモジュールとしての実用化へ向けた長期信頼性評価
3.3.3 低温熱硬化厚膜抵抗膜素子内蔵指紋認証EPDモジュールの実際例
3.4 薄膜受動素子内蔵シリコンインターポーザEPDモジュール(DNP)
4. 能動素子/部品内蔵配線板技術(EAD)の最新開発動向
4.1 ベアチップ内蔵EADモジュールSIMPACT(パナソニック)
4.2 超薄型ベアチップ内蔵EADモジュール(新光電気工業)
4.3 ベアチップ内蔵タイプEADモジュール(DNP)
4.4 ウェハレベルパッケージ内蔵EADモジュール(カシオ/日本CMK)
5. おわりに(EPD/EAD技術の今後の課題)
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