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金属ナノ粒子インクの配線技術 ―インクジェット技術を中心に―

  • Wiring Technology of Metallic Nano Particle Ink ―Ink-jet Technology―
(2006年『金属ナノ粒子ペーストのインクジェット微細配線』普及版)

商品コード: B0970

  • 監修: 菅沼克昭
  • 発行日: 2011年6月
  • 価格(税込): 4,752 円
  • 体裁: A5判,289ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0344-4

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  • 金属ナノ粒子,導電性ペースト,低温焼成,微細配線,インクジェット印刷技術,スクリーン印刷,特性評価方法,有機トランジスタ,SiP

刊行にあたって

 ユビキタス世界の実現には,高集積化された高機能で小型・薄型の情報機器の開発,あるいは情報とともに安心・安全を主たる目的とする車情報通信機器の開発などで,ナノテクノロジーが活躍すべき技術領域が欠かせない。それらには,半導体の微細加工技術の更なる開発と同時に,その微細加工を生かし支える信頼性の高いパッケージを製造するための実装技術の革新的なステップアップが必要とされる。すなわち,今後の実装へ期待されるキーワードは,高集積小型・薄型,高速通信,高信頼性,さらに環境調和性を主たるものとするだろう。
 その実装技術に寄与するナノテク技術展開の中で最も期待されているのが,金属ナノ粒子の合成と,それをペースト化して用いる微細配線・接続技術である。ナノ粒子のペースト化と各種印刷技術,特にインクジェットに代表される新しい印刷技術との組み合わせが注目されるところだが,これらの技術融合は,微細化,環境調和性,オンデマンドなど,微細配線の世界へ新たな技術革新をもたらそうとしている。両者の技術融合は,とかく出口が見えないナノテク技術開発投資とは一線を画し,実現が間近なものとして大きな期待が寄せられている。
 このような背景の中で,本著では,特に金属ナノ粒子とインクジェット技術の配線技術に注目し,技術の現状を中心に各分野のエキスパートにご執筆頂いた。
(「はじめに」より抜粋)

2006年2月  大阪大学 産業科学研究所 菅沼克昭


<普及版の刊行にあたって>

 本書は2006年に『金属ナノ粒子ペーストのインクジェット微細配線』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6月  シーエムシー出版 編集部

著者一覧

菅沼克昭   (現)大阪大学 産業科学研究所 教授
米澤 徹   東京大学 大学院理学系研究科 化学専攻 助教授
        (現)北海道大学 大学院工学研究院 材料科学部門 教授
小田正明   (現)(株)アルバック 千葉超材料研究所 理事
松葉頼重   ハリマ化成(株) 筑波研究所 取締役;執行役員 所長
中許昌美   (現)(地独)大阪市立工業研究所 理事
吉田幸雄   (現)大研化学工業(株) 電子材料事業部 取締役事業部長
田中雅美   日本ペイント(株) ファインケミカル事業本部FP部 事業推進G 部長
        (現)日本ペイント(株) 調達本部 調達1部 グローバル担当 マネージャー
本多俊之   藤倉化成(株) 電子材料事業部 技術開発部 部長
        (現)藤倉化成(株) 品質保証部 部長
畑 克彦   (現)バンドー化学(株) R&Dセンター センター長
岩田在博   (現)(地独)山口県産業技術センター 企業支援部 材料技術グループ 専門研究員
戸嶋直樹   (現)山口東京理科大学 工学部 教授;先進材料研究所 所長
小日向茂   住友金属鉱山(株) 技術本部 青梅研究所 主任研究員
林 大和   (現)東北大学 大学院工学研究科 応用化学専攻 分子システム化学講座 極限材料創製化学分野 准教授
齋藤文良   (現)東北大学 多元物質科学研究所 教授
橋本 等   (独)産業技術総合研究所 中部センター サステナブルマテリアル研究部門 グループ長
        (現)(独)産業技術総合研究所 東北センター 東北産学官連携センター 総括主幹
酒井真理   (現)セイコーエプソン(株) 生産技術センター グループリーダー
町田 治   (現)(株)リコー GJ開発本部 技術戦略センター シニアスペシャリスト
山口修一   (現)(株)マイクロジェット 代表取締役
村田和広   (現)(独)産業技術総合研究所 ナノシステム研究部門 スーパーインクジェット技術グループ グループ長
小口寿彦   (現)森村ケミカル(株) 技術部 本部長
池田慎吾   甲南大学 理工学部 博士研究員
        (現)(地独)大阪市立工業研究所 電子材料研究部 研究員
赤松謙祐   (現)甲南大学 フロンティアサイエンス学部 生命化学科 教授
縄舟秀美   (現)甲南大学 フロンティアサイエンス学部 教授
久米 篤   マイクロ・テック(株) 技術開発部 課長 プロセス技術担当
富山和照   武蔵エンジニアリング(株) 総合企画室 室長
廣瀬明夫   (現)大阪大学 大学院 工学研究科 マテリアル生産科学専攻 教授
井上雅博   大阪大学 産業科学研究所 産業科学ナノテクノロジーセンター 助手
大塚寛治   (現)明星大学 名誉教授;特別顧問
津久井勤   東海大学 工学部 電気電子工学科 非常勤講師(元 教授)
        (現)リサーチラボ・ツクイ 代表
大宮正毅   (現)慶應義塾大学 理工学部 機械工学科 准教授
岸本喜久雄  東京工業大学 大学院理工学研究科 教授
金 槿銖   (現)大阪大学 産業科学研究所 助教
森田正道   (現)ダイキン工業(株) 化学研究開発センター 主任研究員
安武重和   九州大学 大学院工学府 物質創造工学専攻 
高原 淳   九州大学 先導物質化学研究所 分子集積化学部門 教授
岡田裕之   富山大学 工学部 電気電子システム工学科 助教授
        (現)富山大学 大学院理工学研究部 教授
佐藤竜一   富山大学 工学部 電気電子システム工学科 
柳 順也   富山大学 工学部 電気電子システム工学科 
柴田 幹   富山大学 工学部 電気電子システム工学科 技官
中 茂樹   (現)富山大学 大学院理工学研究部 准教授
女川博義   (現)富山大学名誉教授
宮林 毅   ブラザー工業(株) パーソナルアンドホームカンパニー開発部 部長
井上豊和   ブラザー工業(株) 技術開発部 課長
角本英俊   研究成果活用プラザ東海 研究員
竹村仁志   研究成果活用プラザ東海 研究員
下田達也   (現)北陸先端科学技術大学院大学 マテリアルサイエンス研究科 教授
畑田賢造   (現)(株)アトムニクス研究所 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1編 金属ナノ粒子の合成と配線用ペースト化】
第1章 金属ナノ粒子合成の歴史と概要

第2章 金属ナノ粒子の種類,合成法の分類と基本的な物性
1 はじめに
2 金属ナノ粒子の種類
3 金属ナノ粒子の合成法
3.1 ガス中蒸発法
3.2 アトマイズ法
3.3 化学還元法
3.4 そのほかの方法
4 金属ナノ粒子の物性ならびに応用例
4.1 光学特性
4.2 触媒作用
4.3 導電性ペースト・導電性インク
5 おわりに

第3章 各社金属ナノ粒子の合成法とペースト特性
1 ガス中蒸発法による独立分散ナノ粒子インク生成とその特性
1.1 はじめに
1.2 金属ナノ粒子作製法
1.3 金属薄膜の作製法
1.4 独立分散金属ナノ粒子の生成
1.5 ナノメタルインクによる膜形成
1.5.1 膜の概要
1.5.2 電気抵抗と密着性
1.6 ナノメタルインクを使用したPDPテストパネル試作

2 ナノペーストの設計と応用
2.1 はじめに
2.2 ナノペーストの設計基準と一般特性
2.2.1 導電性ペーストの問題点
2.2.2 ナノペーストの設計基準
2.2.3 ナノペーストの一般特性
2.2.4 銅ナノペーストへのアプローチ
2.3 インクジェットによるパターン形成
2.3.1 産業用インクジェット装置の印刷品質
2.3.2 インクジェットによる基板試作
2.4 今後の課題

3 金属錯体の熱分解法による金属ナノ粒子ペースト
3.1 はじめに
3.2 金属錯体の熱分解法による金属ナノ粒子の合成
3.3 金属ナノ粒子ペースト
3.3.1 金ナノ粒子ペースト
3.3.2 銀ナノ粒子ペースト
3.3.3 銀-パラジウム合金銀ナノ粒子ペースト
3.4 まとめ

4 金属コロイド

5 藤倉化成のナノ粒子利用導電性ペースト
5.1 はじめに
5.2 導電性ペースト材料の導電性
5.3 高導電性実現への取り組み
5.4 ナノドータイトの成膜原理
5.4.1 酸化銀微粒子
5.4.2 有機銀化合物からのナノ粒子
5.4.3 併用型
5.5 ナノドータイトの特長
5.6 プロトタイプの配合
5.7 おわりに

6 低温焼成ナノ粒子
6.1 はじめに
6.2 低温焼成に影響を及ぼす因子について
6.2.1 粒子径の影響
6.2.2 残留有機物の影響
6.2.3 保護剤の影響
6.3 銀ナノ粒子の焼成プロセスについて
6.4 当社の銀ナノ粒子の特長について

7 合金ナノ粒子
7.1 はじめに
7.2 合金ナノ粒子の合成とキャラクタリゼーション
7.3 配線用合金ナノ粒子
7.3.1 合成
7.3.2 物性
7.3.3 評価
7.4 おわりに

8 小さな配位子に保護された金属ナノ粒子
8.1 はじめに
8.2 小さな配位子とは
8.3 チオコリンブロミド保護金ナノ粒子
8.4 チオコリンブロミド保護銀ナノ粒子
8.5 アリルメルカプタン保護金ナノ粒子
8.6 まとめ

9 はんだ代替導電性接着剤の開発
9.1 緒言
9.2 導電性接着剤の組成・特性概要
9.3 導電性接着剤の熱・周波数特性
9.3.1 高熱伝導性
9.3.2 高周波数特性
9.4 導電性接着剤の特性の解析
9.4.1 導電性接着剤の電気伝導の解析
9.4.2 導電性接着剤の高周波数伝導の特性解析
9.5 ナノ金属粒子を用いた高機能導電性接着剤の取り組み
9.6 おわりに

10 ソノケミカル法
10.1 はじめに
10.2 超音波と超音波化学反応(ソノケミカル反応)
10.3 金属ナノ材料に関するソノケミカル反応
10.4 ナノも含む材料のエコ・デザイン
10.5 超音波反応場を用いた貴金属ナノ粒子のエコ・ファブリケーション
10.6 超音波の固-液二相不均一反応
10.7 貴金属酸化物とアルコールと超音波
10.8 おわりに

11 メカノケミカル法による金属ナノ粒子の合成
11.1 はじめに
11.2 反応機構
11.2.1 MAの場合
11.2.2 MCの場合

【第2編 ナノ粒子微細配線技術】
第1章 インクジェット印刷技術
1 インクジェット印刷技術概要
1.1 はじめに
1.2 インクジェット方式の分類
1.2.1 ピエゾ方式インクジェットヘッド
1.2.2 バブル方式インクジェットヘッド
1.3 インク液滴の変調と微小化技術
1.4 おわりに

2 各種のインクジェット印刷技術
2.1 独立分散ナノ粒子インクを用いたインクジェット印刷技術
2.1.1 はじめに
2.1.2 インクジェット法の特徴
2.1.3 ライトレックス社インクジェット装置の特徴
2.1.4 ライトレックス社インクジェット装置の種類
2.1.5 基板の表面処理

2.2 回路配線用インクジェットプリントヘッド及び配線技術
2.2.1 はじめに
2.2.2 インクジェットプリントヘッド
2.2.3 インクジェットによる配線技術
2.2.4 インクジェット印刷装置
2.2.5 今後の展開

2.3 インクジェット印刷に影響を及ぼす要因とインクジェット印刷装置
2.3.1 はじめに
2.3.2 ドット,ラインの形状に影響を及ぼす要因
2.3.3 おわりに

2.4 スーパーインクジェット
2.4.1 はじめに
2.4.2 背景
2.4.3 基板上での液体の振る舞い(一般的なインクジェット液滴の場合)
2.4.4 超微細液滴の特徴
2.4.5 材料
2.4.6 超微細配線
2.4.7 課題
2.4.8 おわりに

2.5 PIJ法による印刷配線技術
2.5.1 金属コロイド液とインクジェット
2.5.2 金属コロイドインクを用いたインクジェット配線回路
2.5.3 PIJ法による配線回路

第2章 その他の印刷配線技術と応用
1 インクジェット法を利用する樹脂表面への銅微細配線
1.1 はじめに
1.2 ポリイミド樹脂の部位選択的表面改質
1.3 湿式還元による銅薄膜の形成
1.4 中性無電解めっきによる増膜

2 スクリーン印刷微細配線
2.1 はじめに
2.2 スクリーン印刷法について
2.2.1 基本原理
2.2.2 高精度印刷に要求される印刷機の特徴について
2.3 微細配線印刷
2.3.1 銀ペーストを用いたグリーンシート基板上への微細配線印刷
2.3.2 フィルム基板上への微細配線印刷
2.4 まとめ

3 金属ナノ粒子ペーストの高精細塗布
3.1 はじめに
3.2 接着剤の定量吐出における問題点
3.2.1 吐出量の再現性
3.2.2 液ダレの防止
3.2.3 自動化における問題点
3.2.4 供給圧力の変動
3.2.5 粘度変化
3.2.6 脱泡
3.2.7 周辺機器の影響
3.2.8 メカニカルディスペンサ
3.3 接着剤の塗布形状における問題点
3.3.1 クリアランスの影響
3.3.2 液切れ
3.3.3 描画システム

4 レーザーパターニング微細配線
4.1 背景
4.2 基板
4.3 金属コロイドインキ
4.4 PFS配線回路の作製
4.5 レーザーパターニング配線回路の応用と展望

5 高温はんだ代替応用
5.1 はじめに
5.2 有機-銀複合ナノ粒子の熱分析
5.3 有機-銀複合ナノ粒子を用いた銅の接合
5.4 各種金属との接合性
5.5 接合強度に及ぼす接合パラメータの影響
5.6 高温対応鉛フリー実装への適用の可能性
5.7 おわりに

【第3編 ナノ粒子と配線特性評価方法】
第1章 ペーストキュアの熱分析法
1 はじめに
2 導電性ペーストのキュアプロセスの熱分析
3 反応率(転化率)の見積
4 熱分析による速度論解析
5 導電性ペーストのキュアプロセスの速度論解析法
6 おわりに

第2章 高周波信号伝送の要点と特性評価法
1 はじめに
2 広帯域の実装技術
3 接合部の高速伝送構造
4 高速信号伝送で問題となる直流抵抗
5 おわりに

第3章 イオンマイグレーション試験法
1 イオンマイグレーションによる絶縁劣化とは
1.1 イオンマイグレーション(以下単にマイグレーションと呼称)とは
1.2 マイグレーションの発生原理
2 マイグレーションによる絶縁劣化の例
2.1 プリント配線板における絶縁劣化
2.1.1 導体地肌が露出している場合
2.1.2 絶縁層で被覆されている場合
2.2 マイグレーションの発生パターン
2.3 金属の種類とマイグレーションの発生のしやすさ
3 マイグレーションによる寿命特性
3.1 HAST(Highly Accelerated Temperature and Humidity Stress Test)による寿命評価
4 関連規格と評価装置
4.1 関連規格
4.2 評価装置とその取り扱い
4.2.1 環境槽の取り扱い
4.2.2 絶縁抵抗測定端子
5 まとめ

第4章 マルチステージピール試験法による薄膜界面付着強度評価
1 はじめに
2 薄膜の界面付着強度評価法
3 ピール試験法
4 マルチステージピール試験法
5 銅薄膜の界面付着強度評価
5.1 試験片
5.2 マルチステージピール試験法による銅薄膜の付着強度評価
6 おわりに

第5章 微細組織観察法
1 はじめに
2 金属ナノ粒子ペーストの初期組織観察
3 焼成過程の組織観察
4 レーザー顕微鏡による配線状態の定量化
5 微細組織観察から得られる配線特性

【第4編 応用技術】
第1章 フッ素系パターン化単分子膜を基板に用いた超微細薄膜作製技術
1 序論
2 化学気相吸着と真空紫外リソグラフィーによる2成分系パターン基板の調製
3 高分子薄膜の位置選択的製膜
4 金属ナノインクによる超微細金属配線

第2章 インクジェット印刷有機デバイス
1 はじめに
2 IJP法を用いた自己整合有機EL素子
2.1 自己整合プロセスの概略
2.2 ボトムエミッション型自己整合有機EL素子
2.3 トップエミッション型自己整合有機EL素子
3 IJP法を用いた自己整合ペンタセン有機トランジスタ
3.1 実験
3.2 ペンタセンの溶液化
3.3 トランジスタ特性
4 まとめ

第3章 インクジェット法による金属配線ならびに液体プロセスによるナノ配線
1 インクジェット技術の工業応用について
2 マイクロ液体プロセスによる微細薄膜の形成
3 金属配線技術の現状
4 インクジェット直描による金属配線技術
4.1 PDPディスプレイのバス配線への応用
4.2 フレキシブル多層配線基板への応用
4.3 セラミックス多層配線基板への応用
4.4 ICボンディングへの応用
5 より微細化へ向けて
5.1 液体パターニングによる微細化
5.2 微小流れによる微細化
6 最後に

第4章 SiP
1 SiPの構造
1.1 構成例1
1.2 構成例2
1.3 構成例3
2 SiPの製作プロセス
3 SiPの展望
3.1 受動部品の描画
3.2 ナノペーストの低温化とCuナノペースト材料
3.3 ナノペーストの描画方式の選択
3.4 新たな描画方式
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