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Transcription

1 高温鉛はんだ代替技術開発 事後評価報告書 平成 21 年 2 月 独立行政法人新エネルギー 産業技術総合開発機構研究評価委員会

2 平成 年 月 独立行政法人新エネルギー 産業技術総合開発機構 独立行政法人新エネルギー 産業技術総合開発機構研究評価委員会委員長 NEDO 技術委員 技術委員会等規程第 3 条の規定に基づき 別添のとおり評価結果について報告します

3 目次 はじめに 1 分科会委員名簿 2 審議経過 3 評価概要 4 研究評価委員会におけるコメント 7 研究評価委員会委員名簿 8 第 1 章評価 1. プロジェクト全体に関する評価結果 総論 1.2 各論 2. 個別テーマに関する評価結果 2.1 高機能材料開発 / 高機能材料の実装技術開発 2.2 信頼性技術開発 3. 評点結果 第 2 章評価対象プロジェクト 1. 事業原簿 分科会における説明資料 2-2 参考資料 1 評価の実施方法 参考資料 1-1 参考資料 2 評価に係る被評価者意見 参考資料 2-1

4 はじめに 独立行政法人新エネルギー 産業技術総合開発機構においては 被評価プロジェクト毎に当該技術の外部の専門家 有識者等によって構成される研究評価分科会を研究評価委員会によって設置し 同分科会にて被評価対象プロジェクトの研究評価を行い 評価報告書案を策定の上 研究評価委員会において確定している 本書は 高温鉛はんだ代替技術開発 の事後評価報告書であり 第 回研究評価委員会において設置された 高温鉛はんだ代替技術開発 ( 事後評価 ) 研究評価分科会において評価報告書案を策定し 第 20 回研究評価委員会 ( 平成 21 年 2 月 18 日 ) に諮り 確定されたものである 平成 2 年 2 月独立行政法人新エネルギー 産業技術総合開発機構研究評価委員会 1

5 高温鉛はんだ代替技術開発 事後評価分科会委員名簿 ( 平成 20 年 11 月現在 ) 氏名 所属 肩書き 分科 会長 なりた成田 としお敏夫 北海道大学大学院工学研究科材料科学専攻 客員教授 / 名誉教授 分科会長 代理 おち 越智 光一 関西大学副学長化学生命工学部教授 あらい新井 すすむ進 信州大学工学部物質工学科准教授 委員 つかだ塚田 ゆたか裕 アイパックス代表 なわふね 縄舟 ひでみ秀美 甲南大学理工学部機能分子化学科教授 敬称略 五十音順 2

6 審議経過 第 1 回分科会 ( 平成 20 年 11 月 12 日 ) 公開セッション 1. 開会 分科会の設置 資料の確認 2. 分科会の公開について 3. 評価の実施方法について 4. 評価報告書の構成について 5. プロジェクトの概要説明非公開セッション 6. プロジェクトの詳細説明 7. 全体を通しての質疑公開セッション 8. まとめ 講評 9. 今後の予定 その他 閉会 第 20 回研究評価委員会 ( 平成 21 年 2 月 18 日 ) 3

7 評価概要 1. 総論 1) 総合評価高温鉛はんだ代替技術開発は 経済産業省の 3R プログラムの目標に合致する鉛の環境影響の排除および循環型経済システムの構築に加えて 日本の電子材料分野での国際競争力を維持あるいはより優位性の高いものとする意味で極めて重要 意義のある目的であり NEDO が取り組むに相応しい事業である また プロジェクト全体のテーマ構成はよく考えられており 各々の個別テーマの観点から総合的に研究開発を進め 初期の目標を達成している 一方 循環型経済システムの構築を目的としながら 三次元ネットワークポリマーを用いた技術開発となっており リサイクル性やリユース性に乏しい しかし 本プロジェクトの実施グループの一つでは リペア技術としてめっきを基板に施す技術を開発しているとのことであり この技術を適用することによってリサイクル性やリユース性についての目標を達成する見込みがある なお 接着剤の導電性粒子として銀を採用しているが 資源的制約から 将来的には 銀以外の導電性粒子の開発も必要であると考えられる その場合 非腐食性接着剤の開発も同時に望まれる 2) 今後に対する提言高温鉛はんだ代替技術開発は RoHS ELV 指令に対応する重要かつ緊急課題であり 早急な実用化が期待される 現時点では 本プロジェクトは実用化の端緒の感があることから 研究対象を整理 限定し 実用化に関する総合的な技術開発の発展的継続を望む 特に 高機能性導電性接着剤の開発においては リサイクルやリユースを意識した技術的ブレークスルーは認められないが 実用化を目指した研究開発として評価できるものが多く 実用化の可能性は高いと考える 一方 金属系高温鉛フリーはんだの開発では 独創的で新規性の高い成果が得られ これまでの技術を質的に越える新しい成果が得られており 次段階の研究開発への進展を強く期待する 今後は 民間及び公的資金を活用して実装上の技術課題の解決のための開発と特許などの知財権の確保と標準化など 今後の世界的展開を視野にいれて 積極的な推進を望む また 省エネ技術としてもメリットが充分アピールできるように取組んで頂きたい 4

8 2. 各論 1) 事業の位置付け 必要性について本プロジェクトは 電子部品の実装に不可欠な高温鉛はんだ代替技術に関する開発である この技術開発は現在 世界的にも成功していない 最も困難な課題であり NEDO による事業として研究開発をすすめ このハードルを克服することは最も時宜にかなった事業である また 高温鉛はんだは RoHS 適用除外となっているが いずれ対象項目となることが予想され 大量の電子部品を搭載した自動車に関する ELV 指令では 全ての鉛はんだが規制対象として検討されている このような 世界的な動向の中で環境調和 持続可能な代替技術に関する本プロジェクトは 3R プログラムの目標に合致したマテリアル イノベーションの先駆けとして 高く評価できる さらに 高温鉛はんだ代替技術開発の有用性は電子情報分野に限定されるものでなく 全ての産業分野で非常に重要な公共性の高いものである しかも 国際競争力の優位性を維持するために短時間での技術開発が必要と考えられる このような観点から NEDO の関与は極めて妥当である 2) 研究開発マネジメントについて研究対象について導電性接着剤と高温鉛フリーはんだの二方向から 耐熱温度 実装温度などの具体的な研究開発目標を掲げ それを達成するための要素技術が的確に把握されている 事業体制に関しては プロジェクトリーダーを中心に基礎から応用 実装 評価技術 などを網羅した体制となっている 一方 プロジェクトリーダーや参画企業は適任と考えるが 無機 / 有機系材料のナレッジを活用する材料工学の観点からの新規導電性接着剤に関連する高分子材料を担当する研究開発メンバーの参加や 銀ナノ粒子インクや高温鉛フリーはんだを用いた接合技術を研究している大学 企業等の参加による体制強化が望まれた また 開発テーマにおける新規技術とすでに実用化されている既存技術との比較 検討が十分でないため 設定された開発目標の位置づけが明確でない 3) 研究開発成果について設定した目標値は概ね達成している 金属系鉛フリーはんだにおけるミクロン粒子とサブミクロン粒子の混合に関する技術などは世界初の技術であろう 論文の発表は 研究内容を踏まえ適切に行われており 事業成果を実装関連従事者等に対して各種学会やセミナー等を通して広く情報発信している しかしながら 高温鉛はんだが実際使用されているフリップチップ接続用はんだバンプ等への適用の可能性や代替対象の高温鉛はんだとの比較データが示されていない 5

9 4) 実用化 事業化の見通しについて開発成果には独創性や新規性に優れたものと従来技術からの延長線上にあるものが混在している また 全体的にみて本事業から得られる成果の一部は 今後の開発研究によって実用化に繋がるものと予測される さらに 成果を基礎に その国際標準化に関する事項が計画されており 国際規格化等 標準整備に指導的役割を果たすこと ならびに関連産業分野への波及効果が期待される なお トータルコストや信頼性向上など実用化のための条件が十分に検討されているか明確でない コストダウン 導入普及 事業化については 今後の課題である また 高温鉛はんだ代替技術開発は RoHS ELV 指令に対応する重要かつ緊急課題であり 早急な実用化が期待されることから 研究対象を限定する等 実用化に関する総合的な技術開発の発展的継続を望む 6

10 研究評価委員会におけるコメント 第 20 回研究評価委員会 ( 平成 21 年 2 月 18 日開催 ) に諮り 了承された 研究評 価委員からのコメントは特になし 7

11 研究評価委員会 委員名簿 ( 敬称略 五十音順 ) 職位氏名所属 肩書き 委員長西村吉雄国立大学法人東京工業大学監事 委員伊東弘一早稲田大学理工学術院総合研究所客員教授 ( 専任 ) 委員稲葉陽二日本大学法学部教授 委員大西優株式会社カネカ顧問 委員尾形仁士三菱電機エンジニアリング株式会社取締役社長 委員小林直人独立行政法人産業技術総合研究所理事 委員 小柳光正 国立大学法人東北大学大学院工学研究科バイオロボティクス専攻教授 委員 佐久間一郎 国立大学法人東京大学大学院工学系研究科精密機械工学精密機械工学専攻教授 委員 菅野純夫 国立大学法人東京大学大学院新領域創成科学研究科メディカルゲノム専攻教授 委員 冨田房男 放送大学北海道学習センター所長 委員 架谷昌信 愛知工業大学工学部機械学科 教授 総合技術研究所所長 委員平澤泠東京大学名誉教授 委員吉原一紘アルバック ファイ株式会社技術開発部理事 8

12 第 1 章 評価 この章では 分科会の総意である評価結果を枠内に掲載している なお 枠の下の が付された箇条書きは 評価委員のコメントを原文のまま 参考として掲載したものである

13 1. プロジェクト全体に関する評価結果 1.1 総論 1) 総合評価高温鉛はんだ代替技術開発は 経済産業省の 3R プログラムの目標に合致する鉛の環境影響の排除および循環型経済システムの構築に加えて 日本の電子材料分野での国際競争力を維持あるいはより優位性の高いものとする意味で極めて重要 意義のある目的であり NEDO が取り組むに相応しい事業である また プロジェクト全体のテーマ構成はよく考えられており 各々の個別テーマの観点から総合的に研究開発を進め 初期の目標を達成している 一方 循環型経済システムの構築を目的としながら 三次元ネットワークポリマーを用いた技術開発となっており リサイクル性やリユース性に乏しい しかし 本プロジェクトの実施グループの一つでは リペア技術としてめっきを基板に施す技術を開発しているとのことであり この技術を適用することによってリサイクル性やリユース性についての目標を達成する見込みがある なお 接着剤の導電性粒子として銀を採用しているが 資源的制約から 将来的には 銀以外の導電性粒子の開発も必要であると考えられる その場合 非腐食性接着剤の開発も同時に望まれる < 肯定的意見 > 新規な導電性接着剤を提案し 機能性材料特性 実装技術 信頼性評価技術の観点から総合的に研究開発を進め 初期の目標を達成している 導電性接着剤の高温鉛はんだの代替技術としての可能性を確認した点は高く評価される 本プロジェクトは 電子部品の実装に不可欠な高温鉛はんだの代替技術に関するものである 高温鉛はんだは 代替技術がないことから RoHS 適用除外となっているが いずれ対象項目となることが予想される また 大量の電子部品を搭載した自動車に関する ELV 指令では すべての鉛はんだが規制対象として検討されている このような 世界的な動向の中で環境調和 持続可能な代替技術に関する本プロジェクトは NEDO の 3R プログラムに合致したマテリアル イノベーションの先駆けとして 高く評価できる 1 将来の環境問題を考えるとき 鉛の環境影響の排除および循環型経済システムの構築は非常に重要な問題であることは明白であり 本プロジェクトのもつ意義は大きい 2 日本の電子材料分野での国際競争力を維持あるいはより優位性の高いものとするためには 高温ハンダの鉛フリー化は必須の技術開発であり NEDO が取り組むに相応しいテーマであると思う 3プロジェクトの目的を達成するための手法として プロジェクト全体のテーマ構成はよく考えられており 妥当なものと思う 高温鉛はんだの代替を開発することは 環境問題への実質的効果に加えて 日 1-1

14 本の技術力の優位性を世界に示す意味で極めて重要 意義のある目的である 平成 10~11 年度に行われた NEDO 委託事業 鉛フリーはんだ規格化等研究開発 では Sn-Pb 共晶はんだの Pb フリー化を推進したが 当時から高温鉛はんだ代替技術開発は望まれていた いずれ規制されるであろう高温鉛はんだの代替技術について基礎検討のみならず実用化の可能性を示すことができたことは評価できる 実装技術は日本の得意とする分野であり 高温鉛はんだ代替技術開発においても諸外国との開発競争でイニシアティブをとれるよう今後の展開に期待したい < 問題点 改善すべき点 > 接着剤の導電性粒子として銀を採用しているが 資源的制約と価格の点から 将来的には 銀以外の導電性粒子の開発も必要であると思われる その場合 非腐食性接着剤の開発も同時に望まれる 本プロジェクトのテーマは 高温鉛はんだ代替技術開発 であり その研究対象について導電性接着剤と高温鉛フリーはんだの二方向からの検討が提示されている しかし プロジェクトの成果報告では 基礎的研究の域を出ず 助成先メーカが個々に材料選択を実施している状況であり 研究対象の整理 限定 および実用化に向けての総合的 定量的な検討が不足しているように感じられた 1 循環型経済システムの構築を目的としながら 三次元ネットワークポリマーを用いた技術開発となっており リサイクル性やリユース性に乏しい 2 高機能性の導電性接着剤開発 についての研究が 既存技術の延長線上にあり 新しいアイデアによる技術的なブレークスルーがほとんど見られない 技術の新規性や独創性に乏しく 既存技術への優位性が明確でないように思う 高温鉛はんだの代替を開発する目的に対して 高温鉛はんだが例外として使用されている理由が明確にされていないため 実施内容が 対高温鉛はんだを目標としているか明確でない とくに 信頼性評価において高温鉛はんだとの比較データ 議論が一切無いため 現状では 評価そのものができない プロジェクト名は高温鉛はんだ代替技術開発であるが その成果の普及は必ずしも高温鉛はんだの代替ではなく はんだフリー接合としての用途を目指しているようにも感じる <その他の意見 > 加速試験評価法の妥当性を実機部材による評価によって確立することが望まれる 事後評価の分科会に対して 十分なデータの公表および説明を行っていないと思われるプレゼンテーションが複数認められた 企業秘密として秘匿しておき 1-2

15 たいのは理解するが 助成事業の評価システムそのものが成り立たなくなることが考えられ憂慮すべきことと思う 高温鉛はんだの代替 ではなく ハンダを使用しない低温実装 と目的を改変すれば 現状の活動は 意義 内容ともに むしろその方向に沿ったものと思われる その場合でも 一般のはんだとの比較 長所 短所を明確にすべきと考える 1-3

16 2) 今後の提言高温鉛はんだ代替技術開発は RoHS ELV 指令に対応する重要かつ緊急課題であり 早急な実用化が期待される 現時点では 本プロジェクトは実用化の端緒の感があることから 研究対象を整理 限定し 実用化に関する総合的な技術開発の発展的継続を望む 特に 高機能性導電性接着剤の開発においては リサイクルやリユースを意識した技術的ブレークスルーは認められないが 実用化を目指した研究開発として評価できるものが多く 実用化の可能性は高いと考える 一方 金属系高温鉛フリーはんだの開発では 独創的で新規性の高い成果が得られ これまでの技術を質的に越える新しい成果が得られており 次段階の研究開発への進展を強く期待する 今後は 民間及び公的資金を活用して実装上の技術課題の解決のための開発と特許などの知財権の確保と標準化など 今後の世界的展開を視野にいれて 積極的な推進を望む また 省エネ技術としてもメリットが充分アピールできるように取組んで頂きたい < 今後に対する提言 > 高温鉛はんだを代替する金属鉛フリーはんだは 現在までに 世界的に研究開発が活発に行われてきたが 技術的に限界に達していると思われ 新規な接合技術の開発が望まれている 本プロジェクトで提案した導電性接着剤はその有力な候補材料であり 今後の発展が期待される 民間資金による実装の技術的課題の開発と補助金による特許などの知財権の確保と標準化など 今後の世界的展開を視野にいれて 積極的に推進すべきである 1 金属系はんだの高機能化 高性能化についての研究では ミクロン粒子とサブミクロン粒子混合系の特殊な挙動など独創的で新規性の高い結果が得られており これまでの技術を質的に越える新しい成果が得られている 金属系はんだの研究分野では次段階の研究開発への進展を強く期待する 2 一方 高機能性導電性接着剤の開発においては 研究開発はこれまでの技術の延長線上にあり リサイクルやリユースを意識した技術的ブレークスルーは認められない しかし 実用化を目指した研究開発として評価できるものが多く 実用化の可能性は高いと考える 3 信頼性技術開発のコンセプトである 実際の実装系における実装評価と信頼性技術の標準化 は重要なテーマであるが 本事業における研究開発がその方向に沿って統一して行われているか否かに疑問を感じる このままの研究体制を次段階に継続するべきでないと思う 導電性接着材による接合は はんだを用いた接合に対して接合温度が低く省エネ技術としても期待できる ただし接合時間が長いと必ずしも省エネ技術ではなくなる 今後 省エネ技術としてもメリットが充分アピールできるように取組んで頂きたい 本プロジェクトは RoHS ELV 指令に対応する重要かつ緊急課題であり 早 1-4

17 急な実用化が期待される 現時点では 実用化の端緒の感があることから 研究対象を整理 限定し 実用化に関する総合的な技術開発の発展的継続を望みたい 高温鉛はんだが例外使用されている理由を明確にし その条件において 開発したものを高温鉛はんだの場合とデータで比較する必要がある 高温鉛はんだは 200 ~300 でのアプリケーション ( リフロー温度ではない ) もしくは 鉛が多いことによる高疲労破壊耐性による高信頼性の必要性で例外使用となっていると思われるが そのようなアプリケーション条件で高温鉛ハンダと信頼性比較をするべきであろう ( たとえば温度差 215 の気相熱サイクル試験など ) <その他の意見 > 高温鉛はんだのように 鉛が多いことによる高信頼性接続部特性を要するアプリケーションであれば 鉛と同様に 極めてやわらかい低温鉛フリーはんだ (In,InSn) などもあるので 少なくとも検討の範疇に入れるべきではないだろうか 1-5

18 1.2 各論 1) 事業の位置付け 必要性について本プロジェクトは 電子部品の実装に不可欠な高温鉛はんだ代替技術に関する開発である この技術開発は現在 世界的にも成功していない 最も困難な課題であり NEDO による事業として研究開発をすすめ このハードルを克服することは最も時宜にかなった事業である また 高温鉛はんだは RoHS 適用除外となっているが いずれ対象項目となることが予想され 大量の電子部品を搭載した自動車に関する ELV 指令では 全ての鉛はんだが規制対象として検討されている このような 世界的な動向の中で環境調和 持続可能な代替技術に関する本プロジェクトは 3R プログラムの目標に合致したマテリアル イノベーションの先駆けとして 高く評価できる さらに 高温鉛はんだ代替技術開発の有用性は電子情報分野に限定されるものでなく 全ての産業分野で非常に重要な公共性の高いものである しかも 国際競争力の優位性を維持するために短時間での技術開発が必要と考えられる このような観点から NEDO の関与は極めて妥当である < 肯定的意見 > 高温鉛フリーはんだの開発は ( 現在 世界的にも成功していない ) 最も困難な課題であり NEDO による事業として研究開発をすすめ このハードルを克服することは最も時宜にかなったプログラムである 本プロジェクトは 電子部品の実装に不可欠な高温鉛はんだの代替技術に関するものである 高温鉛はんだは代替技術がないことから RoHS 適用除外となっているが いずれ対象項目となることが予想される また 大量の電子部品を搭載した自動車に関する ELV 指令では すべての鉛はんだが規制対象として検討されている このような 世界的な動向の中で環境調和 持続可能な代替技術に関する本プロジェクトは NEDO の 3R プログラムに合致したマテリアル イノベーションの先駆けとして 高く評価できる また 我が国の電子産業 自動車産業 及び関連材料製造業における国際競争力の維持 強化にとって重要テーマである高温鉛はんだの代替技術の開発には 多大の資金 人的エネルギー 時間 決断が必要であることから NEDO の関与は極めて妥当である 本技術の実用化に関しては 本プロジェクト後に更に一段階の研究開発投資が望まれる 1 今後の電子情報機器産業の国際競争を考えるとき リサイクル リユースなどを考慮した接合技術の開発は必須事項であり 本事業はNEDOプログラムとして妥当と考える 2この技術の有用性は電子情報分野に限定されるものでなく すべての電気 電子産業分野で非常に重要な公共性の高いものである 1-6

19 しかも 国際競争力の優位性を維持するために短時間での技術開発が必要と考えられ その意味からもNEDOプログラムとしての要件を満たすものと考える 位置づけと必要性は正しく 事業目的は妥当で世界情勢とわが国の国益に沿ったものと判断する 本事業は経済産業省の 3R プログラムの一環 ( 有害物質含有物の代替技術 ) として実施したものであり また有害な鉛を用いない接合技術開発は NEDO が平成 10 年から関わってきた技術でもあるため本事業は NEDO 事業として妥当である < 問題点 改善すべき点 > 導電性接着剤は 3R プロジェクトの有害物質含有物の代替技術として評価されるが 一方 高温鉛はんだの量は膨大であり その全てを本プロジェクトで提案した導電性接着材で代替するのは難しいと考えられる さらに この新規な導電性接着剤に含まれる有価金属等の回収とリサイクル リユースの技術開発が必要であると思われる 今回の成果報告には 非公開部分が重要技術の大部分を占めており 社会への還元の達成が不明確であった また 成果報告は 基礎的研究の域を出ず 助成先メーカが個々に材料選択を実施している感があり 研究対象の整理 限定 および実用化に向けての総合的 定量的な検討が不足している 機能性導電性接着剤による高温ハンダ代替技術の開発において 鉛フリーの観点のみに重点が置かれ 重要な開発目標であるリサイクルやリユースなど循環経済システムの構築を重視した技術開発が行われたとは言い難い リサイクルやリユースなど3R 技術と高温耐熱性の相反する特性を解決するための独創性や新規性が 明確でない <その他の意見 > 本事業は急速な技術進歩が予測される技術分野におけるものであり 日本の電子産業技術の優位性を確立するためにも 金属系鉛フリーハンダについての本事業の成果を積極的に評価するべきである 1-7

20 2) 研究開発マネジメントについて研究対象について導電性接着剤と高温鉛フリーはんだの二方向から 耐熱温度 実装温度などの具体的な研究開発目標を掲げ それを達成するための要素技術が的確に把握されている 事業体制に関しては プロジェクトリーダーを中心に基礎から応用 実装 評価技術 などを網羅した体制となっている 一方 プロジェクトリーダーや参画企業は適任と考えるが 無機 / 有機系材料のナレッジを活用する材料工学の観点からの新規導電性接着剤に関連する高分子材料を担当する研究開発メンバーの参加や 銀ナノ粒子インクや高温鉛フリーはんだを用いた接合技術を研究している大学 企業等の参加による体制強化が望まれた また 開発テーマにおける新規技術とすでに実用化されている既存技術との比較 検討が十分でないため 設定された開発目標の位置づけが明確でない < 肯定的意見 > 本プロジェクトで提案した導電性接着剤は我国で世界に先駆けて開発が進められている技術であり 研究開発のマネージメントについても プロジェクトリーダーを中心に基礎から応用 実装 評価技術 などを網羅した体制となっている 計画見直しは追加資金により迅速に行われている 本プロジェクトのテーマは 高温鉛はんだ代替技術開発 であり その研究対象について導電性接着剤と高温鉛フリーはんだの二方向からの検討が提示されている また 耐熱温度 実装温度などの具体的な研究開発目標を掲げ それを達成するための要素技術が的確に把握されている 目的の異なる用途展開を対象とした導電性接着剤と高温鉛フリーはんだの二方向からの実用化の検討は 拡張性を担保した実験計画であったと評価できる 1 研究開発目標は いずれも明確に示されており 内容的にも妥当なものと評価できる 2 研究開発計画はスケジュールに無駄がなく その計画実施者の選定においても 開発能力の高い実施者が選定されており 無理のない妥当なものと考える 開発目標については 高温鉛はんだと同等以上の特性を設定しており定量的に示されていると言える < 問題点 改善すべき点 > 実施体制として 適切な研究開発チームで構成されいる しかし 企業が担当した項目で 目標達成が不十分 ( または 説明不足 ) な点があり 企業の実施者間の連携が不十分となっている点が認められる 研究開発実施者の事業体制において その役割分担と目標設定が若干不明確な部分が見受けられた しかし プロジェクトの成果報告は 基礎的研究の域を 1-8

21 出ず 助成先メーカが個々に材料選択を実施している状況であり 研究対象の整理 限定 および実用化に向けての総合的な検討が不足しているように感じられた 特に 無機 / 有機系材料のナレッジを活用する材料工学の観点から 新規導電性接着剤を担当する研究開発メンバーの参加等の体制強化の必要性が感じられた 1 開発テーマにおける新規技術とすでに実用化されている既存技術との比較 検討が十分でないため 設定された開発目標の位置づけが明確でない 2 本プロジェクトにおける研究グループはそれぞれ単独で研究に参画しており 共同研究としては機能していないように思う 各研究グループの成果が 他のグループの研究に反映されていない 総合評価に述べたとおり 現在の情報では各論の評価も正しく実施できない (1)(2) の項目において 再度 高温鉛はんだの代替とする条件に対してのアセスすべきと考える プロジェクトリーダーや参画企業は適任と考えるが 銀ナノ粒子インクや高温鉛フリーはんだを用いた接合技術を研究している大学関係者や企業も 当プロジェクトに参加してもらった方が良かった 金属系材料について参画している企業がいないため その実用性については不明 < その他の意見 > 各個別研究テーマ毎の予算配分が示されていない 1-9

22 3) 研究開発成果について設定した目標値は概ね達成している 金属系鉛フリーはんだにおけるミクロン粒子とサブミクロン粒子の混合に関する技術などは世界初の技術であろう 論文の発表は 研究内容を踏まえ適切に行われており 事業成果を実装関連従事者等に対して各種学会やセミナー等を通して広く情報発信している しかしながら 高温鉛はんだが実際使用されているフリップチップ接続用はんだバンプ等への適用の可能性や代替対象の高温鉛はんだとの比較データが示されていない < 肯定的意見 > プロジェクト全体の目標をクリヤーし 技術的成果も世界的最高水準にあると判断される 論文の発表は 研究内容を踏まえ適切に行われており 一般に向けて広く情報発信をしていると判断される 本プロジェクトは 電子部品の実装に不可欠な高温鉛はんだの代替技術に関するものであり その研究対象について導電性接着剤と高温鉛フリーはんだの二方向からの検討が提示されている 根幹をなすプロセスは確立されているようで 新たな技術領域の開拓 環境調和 持続可能な代替技術としての確立が期待される 1 金属系はんだについての成果は 目標値をクリアしている ミクロン粒子とサブミクロン粒子の混合に関する技術などは世界初の技術と思われ 実用化に向けての今後の研究を期待させるものである 2 導電性接着剤による高温はんだ代替技術についても 一応の研究成果は得られているが投入された予算に見合うものであるかに疑問が残る 3 信頼性評価技術については それぞれの研究グループとしては有意義な研究成果をあげている しかし 研究の統一性が取れておらずバラバラの印象を受ける 4 全体としては口頭発表や論文による成果の普及が図られているほか 展示会や新聞発表なども利用して適切な情報発信が行われている 設定した目標値は概ね達成している 多くの有益な知見が得られており 汎用性や他の競合技術への優位性は認められる 当該事業成果を実装関連従事者に対して各種学会やセミナー等を通して広く情報発信している < 問題点 改善すべき点 > 知的財産権については不十分であると考えられる 本事業の将来の発展性を考慮すると 国内外に適切 戦略的に行われることを期待する プロジェクトの成果報告では 基礎的研究の域を出ず 実用化に向けての検討が不足しているように感じられた 事業戦略に沿った特許出願 成果の普及等 に至っていないように感じられた 1-10

23 特許や実用新案の出願 取得件数が少ない 事業化を推進するのであれば 特許戦略を検討するべきではないか 本事業の成果は 将来 海外の国々で活用されることも想定される 積極的な国際特許の出願が必要ではないのか 目標を達成しているかどうか 代替対象の高温鉛はんだとの比較データが一切示されていないため評価できない 特許などは明確に示されていないため 現状では評価できない 導電性接着剤の開発において狭幅配線ピッチ対応 高熱電導特性および低抵抗が目標に対して必ずしも充分にクリアされていない 新規銀粒子導電性接着材により 100 W m -1 K -1 を超える熱伝導を達成していることは評価できるが バルク材としての銀の熱伝導率は約 420 W m -1 K -1 なので さらなる熱伝導の向上が期待される 高温鉛はんだが実際使用されている事例の一つにステップソルダリングにおけるフリップチップ接続用はんだバンプがある 今回のプロジェクトで開発した導電性接着材のはんだバンプへの適用の可能性について示して頂きたかった 1-11

24 4) 実用化 事業化の見通しについて開発成果には独創性や新規性に優れたものと従来技術からの延長線上にあるものが混在している また 全体的にみて本事業から得られる成果の一部は 今後の開発研究によって実用化に繋がるものと予測される さらに 成果を基礎に その国際標準化に関する事項が計画されており 国際規格化等 標準整備に指導的役割を果たすこと ならびに関連産業分野への波及効果が期待される なお トータルコストや信頼性向上など実用化のための条件が十分に検討されているか明確でない コストダウン 導入普及 事業化については 今後の課題である また 高温鉛はんだ代替技術開発は RoHS ELV 指令に対応する重要かつ緊急課題であり 早急な実用化が期待されることから 研究対象を限定する等し 実用化に関する総合的な技術開発の発展的継続を望む < 肯定的意見 > 本プロジェクトの成果は関連分野への波及効果 ( 技術的 経済的 社会的 ) と研究開発や人材育成等を促進するなどの波及効果を生じることが期待される 成果を基礎に その国際標準化に関する事項が計画されており 国際規格化等 標準整備に指導的役割を果たすことが期待される 本プロジェクトのテーマは 高温鉛はんだ代替技術開発 であり その研究対象について導電性接着剤と高温鉛フリーはんだの二方向からの検討が提示されている また 耐熱温度 実装温度などの具体的な研究開発目標を掲げ それを達成するための要素技術が的確に把握されている 現時点では 実用化に対する取り組みが不足しているように思われるが 目的の異なる用途展開を対象とした導電性接着剤と高温鉛フリーはんだの二方向からの実用化の可能性は十分期待される また 国際標準化に関する見通し 関連産業分野への波及効果も十分期待される 開発成果には独創性や新規性に優れたものと従来技術からの延長線上にあるものが混在しているように思う 全体的にみて本事業から得られる成果の一部は 今後の開発研究によって実用化に繋がるものと予測され 技術的波及効果が期待できる 一部の導電性接着剤で 2009 年以降 高温はんだ代替へ適用が開始されることは評価できる 実用化分野とその導入時期を明示していることは評価できる < 問題点 改善すべき点 > コストダウン 導入普及 事業化までの期間 については 今後の課題であると考えられる 事業化とそれに伴う経済効果等の見通しについても 今後より詳細な検討が望まれる 1-12

25 本プロジェクトは RoHS ELV 指令に対応する重要かつ緊急課題であり 早急な実用化が期待される 現時点では 実用化の端緒の感があることから 研究対象を限定し 実用化に関する総合的な技術開発の発展的継続を望みたい 本プロジェクトでの開発技術と すでに実用化されている既存技術との比較検討が十分でなく 工業的利用においての優位性が明確でない トータルコスト や信頼性向上など実用化のための条件が十分に検討されているか明確でない 高温鉛はんだの代替が可能かどうか明確でないので 実用化についての評価は保留とする 鉛フリーはんだと導電性接着剤が接合材として混在すると実装現場等で混乱が起こる可能性がある それぞれの接合材の使い分けやすみわけが必要である <その他の意見 > 本事業の成果が実用化されたときの事業規模が曖昧で明確に示されていない 目的とする直接的市場の規模と実用化されたときの技術的波及の規模予測を示して欲しい 1-13

26 2. 個別テーマに関する評価結果 2.1 高機能材料開発 / 高機能材料の実装技術開発成果に関する評価実用化 事業化の見通しに関する評価今後に対する提言実用化の可能性の高い成果が得られており 技術的 経済的な波及効果も期待できる しかしながら マイグレーションと耐硫化性については 現在 試験規格が無いため本プロジェクトで未検討であることは理解できるが 今後 実用化のためにも評価が必要である また 特許や実用新案の出願 取得件数が少ない 実用化を目指した研究開発として評価できるものが多く 実用化の可能性は高いと考えるため 今後は ユーザーによる実用物性の評価と通して より高性能 高機能化を目的とした開発研究の推進を望む < 肯定的意見 > 本プロジェクトで提案した導電性接着剤については 充分にその目的を達成していると判断される さらに 基礎的知見として見出したメタマテリアルなど を活用した次世代の接着剤への展開が期待される 本プロジェクトは 電子部品の実装に不可欠な高温鉛はんだの代替技術に関するものであり その研究対象について導電性接着剤と高温鉛フリーはんだの二方向からの検討が提示されている 根幹をなすプロセスは確立されているようで 新たな技術領域の開拓 環境調和 持続可能な代替技術としての確立が期待される 実用化を第一の目標として 現在ある技術の延長線上での機能あるいは性能改善を目指した現実的な研究開発としては高く評価できる 事業化までの道筋が明確になっているかは不明確であるが 実用化の可能性の高い成果が得られており 技術的 経済的な波及効果を期待できる 導電性接着剤と金属系の双方の材料で 260 以上の耐熱性が得られたことは評価できる 導電性接着剤と接合材料の界面を TEM を用いてナノレベルで解析し その劣化メカニズムを提言したことは評価できる 不明な点の多い導電性接着剤の導通メカニズムを明らかにするために TEM を用いたその場観察や電子線ホログラフィーを用いた電場観察を行った点は評価できる < 問題点 改善すべき点 > 本プロジェクトでは 金属系はんだの提案とその評価 解析等が同時に行われており 局部的液相による応力緩和などの機構が提案されている しかし 実用化に際しては より詳細な検討が必要であろう プロジェクトの成果報告では 基礎的研究の域を出ず 実用化 事業化に向けての検討が不足しているように感じられた 特に導電性接着剤に関する耐熱性 1-14

27 樹脂の検討が不足している また 事業戦略に沿った特許出願 成果の普及等に至っていないように感じられた 1 従来技術の延長線上にあるものが多く 独創性や新規性に乏しい 2 要求される高い耐熱性とリサイクルやリユースなど3R 技術との相反する特性を解決するための独創的技術が期待されるが その様な方向での検討がほとんど行われていない 特許や実用新案の出願 取得件数が少ない また 口頭発表や論文による成果の普及がほとんど行われておらず 展示会や新聞発表などを利 用した情報発信も少ない 高温鉛はんだがなぜ必要とされているかアセスすべきと考える Ag 粒子導電性接着剤と Sn めっきの界面における Sn めっきの腐食メカニズムについては 接合界面における塩素イオンの有無による検討や水分の有無によ る検討が望まれる Ag 粒子導電性接着剤と Au めっきの界面においては高温高湿試験後において界面抵抗の大きな変化が無く接合界面の解析がされていなかったが 確認のため Sn めっきの場合と同様な界面の解析が必要と考える 材料として Ag を用いる場合 イオンマイグレーションと硫化は常に懸念される 耐イオンマイグレーション性については一部の企業がクリアしているだけであり 耐硫化性については全く触れられていない < 今後に対する提言 > 新規銀粒子導電性接着材により 100 W m -1 K -1 を超える熱伝導を達成していることは評価できるが バルク材としての銀の熱伝導率は約 420 W m -1 K -1 なので さらなる熱伝導の向上が期待される 1 実用化を目指した研究開発として評価できるものが多く 実用化の可能性は高いと考える ユーザーによる実用物性の評価と通して より高性能 高機能化を目的とした開発研究を進めるべきと考える 2 特許や実用新案などを出願 取得する 国際特許の取得にも努める 展示会や新聞発表など適当な方法による情報発信を行う 研究開発実施者の事業体制において その役割分担と目標設定が若干不明確な部分が見受けられた 特に 無機 / 有機系材料のナレッジを活用する材料工学の観点から 新規導電性接着剤を担当する研究開発メンバーの参加等の体制強化の必要性が感じられた 1-15

28 2.2 信頼性技術開発成果に関する評価実用化 事業化の見通しに関する評価今後に対する提言実用化に際して必要な各種物性 機能などの評価技術の開発とデータ取得が行われている 金属系高温鉛フリーはんだの接合信頼性に関する技術開発は 従来の高温鉛はんだの接合信頼性に準拠することで問題はない しかしながら 導電性接着剤に特有の現象について 信頼性評価の観点から本プロジェクトで提案した各種方法が 信頼性あるものかどうか 今後 更なる検討が必要である 特に 腐食現象において加速試験の実機環境下と対比した妥当性評価 熱特性評価方法において熱伝導率の違いにより測定誤差が大きいという課題対策等が望まれる また 高温鉛はんだが必要とされる条件における高温鉛はんだとの比較データを取る必要がある 今後は 従来から導電性接着剤で中心に使用されたエポキシ系樹脂よりも耐熱性の優れた樹脂系に関する検討が望まれる < 肯定的意見 > 実用化に際して必要な各種物性 機能などの評価技術の開発とデータ取得が行われている 高温鉛フリーはんだの接合信頼性に関する技術開発は 従来の高温鉛はんだの接合信頼性に準拠することで問題はない 導電性接着剤の接合信頼性に関しては 樹脂材料の劣化を加味した新たな接合信頼性の評価法の開発は 導電性接着剤の基礎研究 実用化に不可欠なものであり 劣化のメカニズムの解析と合わせて高く評価できる 1 導電性接着剤による実装評価と信頼性技術の標準化は この分野での研究の基礎を作るものであり 一定の研究成果を得ていると思う 2 実用化により この分野の研究開発に技術的波及効果を期待できる 導電性接着剤に特有の性質に対応した物性評価技術が必要であることを示した点は評価できる 成果の実用化までのシナリオを明示した点は評価できる < 問題点 改善すべき点 > 新規な導電性接着剤に特有の現象について 信頼性評価の観点から本プロジェクトで提案した各種方法が 信頼性あるものかどうか 今後 更なる検討が必要である 特に 腐食現象にいての加速試験の妥当性については 実機環境下での評価との対比が望まれる 検討された樹脂は 従来から導電性接着剤に使用されてきたエポキシ系が中心であり 本プロジェクトの方向性から さらに耐熱性の優れた樹脂についての検討が望まれる 熱特性評価方法は 熱伝導率の違いにより測定誤差が大きいという課題が残さ 1-16

29 れている その対策技術についてはデータが示されていない 1 本事業で 信頼性技術の開発に携わる研究グループが統一したコンセプトに基づいて研究開発を行っているかに疑問を感じる 各グループがバラバラに研究を行っている 2ここで開発された評価技術が材料開発に全くフィードバックされていない 高温鉛はんだが必要とされる条件において 高温鉛はんだとの比較データを取る必要があると考える < 今後に対する提言 > 接合信頼性の信頼性評価技術に関しては 特に提言はないが 耐熱性の優れた樹脂系に関する検討が望まれる 鉛フリーはんだ接合と導電性接着剤接合の評価方法のすり合わせが重要になると言える 1-17

30 3. 評点結果 3.1 プロジェクト全体 1. 事業の位置付け 必要性 研究開発マネジメント 研究開発成果 実用化 事業化の見通し 評価項目 平均値 素点 ( 注 ) 1. 事業の位置付け 必要性について 3.0 A A A A A 2. 研究開発マネジメントについて 1.8 A C B C B 3. 研究開発成果について 2.0 B A B B C 4. 実用化 事業化の見通しについて 1.6 B C C B B ( 注 )A=3,B=2,C=1,D=0 として事務局が数値に換算し 平均値を算出 判定基準 (1) 事業の位置付け 必要性について (3) 研究開発成果について 非常に重要 A 非常によい A 重要 B よい B 概ね妥当 C 概ね妥当 C 妥当性がない 又は失われた D 妥当とはいえない D (2) 研究開発マネジメントについて (4) 実用化 事業化の見通しについて 非常によい A 非常に明確 A よい B 明確 B 概ね適切 C 概ね明確 C 適切とはいえない D 見通しが不明 D 1-18

31 3.2 個別テーマ 高機能材料開発 / 高機能材料の実装技術開発 1. 研究開発成果 実用化 事業化の見通し 信頼性技術開発 1. 研究開発成果 実用化 事業化の見通し 個別テーマ名と評価項目 平均値 素点 ( 注 ) 高機能材料開発 / 高機能材料の実装技術開発 1. 研究開発成果について 2.2 A B B B B 2. 実用化 事業化の見通しについて 1.4 C B C C B 信頼性技術開発 1. 研究開発成果について 1.8 B C A C B 2. 実用化 事業化の見通しについて 1.6 A C C B C ( 注 )A=3,B=2,C=1,D=0 として事務局が数値に換算し 平均値を算出 判定基準 (1) 研究開発成果について (2) 実用化 事業化の見通しについて 非常によい A 非常に明確 A よい B 明確 B 概ね適切 C 概ね明確 C 適切とはいえない D 見通しが不明 D 1-19

32 第 2 章 評価対象プロジェクト

33 1. 事業原簿 次ページに当該事業の推進部室及び研究実施者から提出された事業原簿を示 す

34 3R プログラム 高温鉛はんだ代替技術開発 プロジェクト 事業原簿 ( 公開 ) 担当部 独立行政法人新エネルギー 産業技術総合開発機構 環境技術開発部

35 目次 概要 ⅲ プロジェクト基本計画 ⅵ プログラム基本計画 ⅸ 技術戦略マップ ( 分野別技術ロードマップ ) xiii プロジェクト用語集 xx Ⅰ. 事業の位置付け 必要性について 1 1. NEDOの関与の必要性 制度への適合 NEDOが関与することの意義 実施の効果 ( 費用対効果 ) 1 2. 事業の背景 目的 位置づけ 3 Ⅱ. 研究開発マネジメントについて 5 1. 事業の目標 事業の計画内容 研究開発の内容 研究開発の実施体制 研究の運営管理 情勢変化への対応 13 Ⅲ. 研究開発成果について 事業全体の成果 研究開発項目毎の成果 特許出願 論文投稿 研究発表などの成果普及 41 Ⅳ. 実用化 事業化の見通しについて 46 ( 実用化の見通しについて ) ii

36 概要 プログラム ( 又は施策 ) 名 3R プログラム 作成日 平成 20 年 11 月 プロジェクト名高温鉛はんだ代替技術開発フ ロシ ェクト番号 P05028 担当推進部 / 担当者 0. 事業の概要 Ⅰ. 事業の位置付け 必要性について 環境技術開発部 / 緒形 間瀬本事業は鉛の不使用による鉛の環境影響の排除及び鉛資源の使用削減につながる技術開発であり 環境 資源制約を克服し循環型経済システムを構築することを目的とした経済産業省の3R プログラムの一環として実施するものである 2006 年 7 月に欧州や中国において RoHS 規制等の含有物質規制の施行が予定又は検討されており これらの市場向けに輸出される電気電子機器に 鉛 水銀 カドミウム 六価クロム 特定臭素系難燃剤を使用することが原則禁止される この禁止にはいくつかの適用除外項目があり 鉛フリー高温ハンダは技術開発のハードルが高く 実用化には時間が必要との見方から適用除外されている 高温はんだの代替条件は リフロー温度 ( 最高 260 ) で再溶融しないことが基本条件で 実装ケースによっては 150 常用や柔軟性も要求される 150 常用を可能とする鉛入りはんだ 鉛フリーはんだは現状存在しない また 将来的には SiC デバイス実用と高温化で 200 ~300 の常用もしなければならないが 現状全く候補技術はない しかしいずれは高温はんだに対する適用除外の解除は避けられない状況である この様な中 未だ基礎技術も確立していない高温はんだの鉛フリー化を世界に先駆けて達成し 有害物質削減による環境 資源制約を克服し循環型経済システム構築に貢献するとともに 次世代電気電子機器製品開発への道を開き 我が国の産業競争力の強化につなげる 電気 電子機器部品等に使用されているはんだには 有害物質である鉛が含まれており リサイクルのしやすさの観点からも リサイクルを阻害する要因になっている 従って 鉛を含まない高温はんだ代替品のリプレースは 有害化学物質排除及びリサイクル促進の観点からも技術開発の意義は大きい 2006 年 7 月に欧州において RoHS 指令等の含有物質規制の施行されており これらの市場向けに輸出される電気電子機器に 鉛を使用することが原則禁止された しかし この禁止にはいくつかの適用除外項目があり 高温はんだに含まれる鉛 (85% を超える鉛を含むすず鉛はんだ ) も除外項目として含まれている これは 鉛フリー高温はんだの技術開発のハードルが高く 実用化には時間が必要との見方からである しかしいずれは高温はんだに対する適用除外の解除は避けられない状況である また この EU の RoHS 指令がスタンダードになり 同様な規制は中国, 韓国, 米国カリフォルニア州ほか世界中に拡大している この様な中 高温はんだの鉛フリー化においては 基礎技術も確立していない状況にあったため 基礎技術及び実装技術を取り巻く新たな材料やプロセス技術 信頼性の評価基準や評価手法を確立する必要があった 本技術開発は 世界に先駆けてこれらの技術を確立するとともに 周辺技術のデファクトを提案することにより 我が国国内産業による将来の RoHS 指令対応製品市場の確保を可能とし 産業競争力の強化につなげることを目的とした iii

37 Ⅱ. 研究開発マネジメントについて 1 高機能材料開発 260 以上の耐熱接続技術開発 狭幅配線ピッチ (50μm 幅 / スペース ) 高熱伝導 (30,50W/mk) を達成する材料の開発 低抵抗 (10-5 Ωcm) 2 高機能材料の実装技術開発事業の目標 材料 プロセスの最適化技術開発 3 信頼性技術開発 めっき基板や部品との接続相性問題の解決 信頼性評価基準 試験方法の確立 事業の計画内容 開発予算 ( 会計 勘定別に事業費の実績額を記載 ) ( 単位 : 百万円 ) 開発体制 情勢変化への対応 主な実施事項 H17fy H18fy H19fy 高機能材料開発高機能材料の実装技術開発信頼性技術開発 成果とりまとめ 会計 勘定 H17fy H18fy H19fy 総額 一般会計 特別会計 ( 電多 高度化 石油の別 ) 総予算額 経産省担当原課 商務情報政策局情報通信機器課 プロジェクトリーダー大阪大学産業科学研究所菅沼克昭教授委託先 : 大阪大学産業科学研究所 ( 再委託先 : 東北大学 芝浦工業大学 明星大学 ) 委託先 (* 委託先が管理法人の助成先 :( 財 ) 日本電子部品信頼センター エスペック株式会場合は参加企業数も記載 ) 社 藤倉化成株式会社 ナミックス株式会社 日立化成株式会社 タムラ化研株式会社導電性接着剤のフリップチップ接続の検証及び新たに設計した金属系高温鉛フリーはんだの性能を前倒しで評価 検証を行うために 2400 万円を加速 銀塩及び Ag-Sn ナノ粒子を用いた導電性接着剤の材料改質の特性評価 解析及びそのメカニズムの解明並びに導電性接着剤の導通抵抗の解析及び導電性接着剤の改良を行うため 5000 万円を加速 iv

38 1 高機能材料開発 ( ア ) 金属系 Zn-Sn Bi 系 導電性接着剤のいずれも耐熱性が確保され 界面制御が可能になった 信頼性も証明され 実証段階にある ( イ ) 狭ピッチに更に柔軟性を持たせるフリップチップ接続が提案された ( ウ ) 高熱伝導 100W/m K 超が実現でき 今後のダイアタッチ高性能材料として実用が期待される ( エ ) 導電性接着剤導電メカニズムの根本を理解する電場 導通のミクロ観察 高周波特性評価を達成し 今後の材料開発に大きな指針を与えた Ⅲ. 研究開発成果について Ⅳ. 実用化 事業化の見通しについて 2 高機能材料の実装技術開発複数ユーザーメーカと材料メーカの要求をマッチングさせた新プロセスと対応材料技術の確立ができた 3 信頼性技術開発 ( ア ) Sn めっき界面の高湿劣化メカニズムが解明され 材料開発指針を与えた 現在 この知見に基づく新材料検証中 ( イ ) 各種特性 信頼性評価の標準技術が提案され 市場における共通指標を与え活性化すると期待される 投稿論文 査読付き 18 件 その他 25 件特許 出願済 14 件実用化 事業化の見通しについては下表の項目をターゲットにしている 実用化 事業化内容自動車 車載機器 ELV 指令対応として導電性接着剤活用 特に エンジン廻りの電子制御対応 その他 IGBT やヘッドライト用パワー LED 耐久性などの計測システム 強度試験器電子部品 パワーデバイスやパワー LED 用途 導電性接着剤対応のチップ部品家電 OA 機器 情報家電( 携帯電話 モバイル機器 ) のカメラモジュール 電子ペーパや IC カード材料導電性接着剤の品質評価方法の確立による高機能製品開発その波及効果としては 下記が考えられる 新たな機器市場として 耐熱性が必須の車載機器には高信頼化を果たした導電性接着剤技術が必要になる 金属系鉛フリーはんだ 導電性接着剤は 高鉛はんだの代替材料として 互いに補完して代替を可能にする ソーラー LED 技術には 本開発に基づく高性能導電性接着剤が必須の技術となる RFID 電子ペーパーなどプリンテッドエレクトロニクス市場は 今後 2 桁成長 この実装技術は温度 150 以下の導電性接着剤が唯一の基盤技術として普及 評価技術の業界 国際標準化を可能にし 市場の活性化へ より高温 (300 ) 常用実装が可能になり 将来の SiC デバイス実用の基礎が築けた NEDO プロジェクト終了後も 開発成果で得られた製品技術開発に向けた人員および研究開発投資は継続している 最終目標として 技術課題が解決後 量産試作 原価計算など進めてすでに実用化が開始されたものから 2012 年までに順次製品化を検討している 事前評価なし Ⅴ. 評価に関する事項中間評価以降 20 年度事後評価実施予定 Ⅵ. 基本計画に関する事項 作成時期 変更履歴 17 年 3 月作成 18 年 11 月変更 v

39 ( 3R プログラム ) 高温鉛はんだ代替技術開発 基本計画 1. 研究開発の目的 目標 内容 環境技術開発部 (1) 研究開発の目的本技術開発は鉛の不使用による鉛の環境影響の排除及び鉛資源の使用削減につながる技術開発であり 環境 資源制約を克服し循環型経済システムを構築することを目的とした経済産業省の 3R プログラムの一環として実施するものである 2006 年 7 月 1 日に欧州や中国において RoHS 規制等の含有物質規制の施行が予定又は検討されており これらの市場向けに輸出される電気電子機器に 鉛 水銀 カドミウム 六価クロム 特定臭素系難燃剤を使用することが原則禁止される この禁止にはいくつかの適用除外項目があり 高温はんだに含まれる鉛 (85% を超える鉛を含むすず鉛はんだ ) も除外項目として含まれている これは 鉛フリー高温ハンダの技術開発のハードルが高く 実用化には時間が必要との見方からである しかしいずれは高温はんだに対する適用除外の解除は避けられない状況である このような中 高温はんだの鉛フリー化においては 未だ基礎技術も確立していない状況にあり 基礎技術及び実装技術を取り巻く新たな材料やプロセス技術 信頼性の評価基準や評価手法を確立する必要がある 現在 欧米の大型コンソーシアム 台湾等が高温鉛はんだの鉛フリー化の技術開発を開始する機運にあるが 本技術開発は 世界に先駆けてこれらの技術を確立するとともに 周辺技術のデファクトを提案することにより 我が国国内産業による将来の RoHS 規制対応製品市場の確保を可能とし 産業競争力の強化につなげることを目的としている (2) 研究開発の目標 1 高機能材料開発 260 以上の耐熱接続技術開発 狭幅配線ピッチ対応(50μm 幅 / スペース ) 高熱伝導(50W/mK) 低抵抗(10-5 Ωcm) を達成する材料の開発 2 高機能材料の実装技術開発 材料 プロセスの最適化技術開発 3 信頼性技術開発 メッキ基板や部品との接続相性問題の解決 信頼性評価基準 試験方法の確立 (3) 研究開発の内容 1) 助成事業上記目標を達成するために 以下の研究開発項目について事業者による技術開発を支援する 本取り組みについては助成率 2/3 の助成事業とする 1 高機能材料開発 260 以上の耐熱接続技術開発 狭幅配線ピッチ 高熱伝導 低抵抗を達成する材料設計 開発 vi

40 2 高機能材料の実装技術開発 材料 プロセスの最適化技術開発 3 信頼性技術開発 メッキ基板や部品との接続相性問題の解決 信頼性評価基準 試験方法の確立 2) 委託事業 上記 1)1~3 に係る接続の基礎技術開発とその評価等の基礎的 基盤的研究を行う 2. 研究開発の実施方式 (1) 研究開発の実施体制本研究開発は 独立行政法人新エネルギー 産業技術総合開発機構 ( 以下 NEDO 技術開発機構 という ) が 公募によって選定する原則本邦の企業 研究組合 公益法人等の研究機関 ( 原則 国内に研究開発拠点を有していること ただし 国外企業の特別の研究開発能力 研究施設等の活用あるいは国際標準獲得の観点から国外企業との連携が必要な場合はこの限りではない ) が NEDO 技術開発機構が指名した研究開発責任者 ( プロジェクトリーダー大阪大学産業科学研究所菅沼克昭教授 ) の下で それぞれの研究テーマの達成目標を実現すべく 基礎技術 実用化技術の開発を行う 基礎的 基盤的な研究については委託 基礎 基盤技術を実証しながら行う実用化研究については助成により実施する (2) 研究開発の運営管理研究開発全体の管理 執行に責任を有する NEDO 技術開発機構は 経済産業省及び研究開発責任者と密接な関係を維持しつつ プログラムの目的及び目標 並びに本研究開発の目的及び目標に照らして適切な運営管理を実施する 具体的には 必要に応じて NEDO 技術開発機構に設置する委員会及び技術検討会等 外部有識者の意見を運営管理に反映させる他 四半期に一回程度プロジェクトリーダー等を通じてプロジェクトの進捗について報告を受けること等を行う 3. 研究開発の実施期間本研究開発の実施期間は 平成 17 年度から平成 19 年度までの 3 年間とする 4. 評価に関する事項 NEDO 技術開発機構は 技術的及び政策的観点から 技術開発の意義 目標達成度 成果の技術的意義ならびに将来の産業への波及効果等について 外部有識者による研究開発の事後評価を平成 20 年度に実施する なお 評価の時期については 当該技術開発に係る技術動向 政策動向や当該技術開発の進捗状況等に応じて 前倒しする等 適宜見直すものとする 5. その他重要事項 (1) 開発成果の取り扱い 1 成果の普及 NEDO 技術開発機構及び委託研究実施団体は 得られた研究開発成果については 国民の利益を損なわない範囲で国内外を問わず 普及に努めるものとする vii

41 2 知的基盤整備事業又は標準化等との連携得られた研究開発の成果については 知的基盤整備または標準化等との連携を図るため データベースへのデータの提供 標準情報 (TR) 制度への提案等を積極的に行う 3 知的財産権の帰属委託研究開発の成果に関わる知的財産権については 独立行政法人新エネルギー 産業技術総合開発機構産業技術研究開発等業務方法書 第 26 条の規定等に基づき 原則として すべてを受託者に帰属させることとする (2) 基本計画の変更 NEDO 技術開発機構は 技術開発内容の妥当性を確保するため 社会 経済的状況 内外の技術開発動向 政策動向 プログラム基本計画の変更 第三者の視点からの評価結果 技術開発費の確保状況 当該技術開発の進捗状況等を総合的に勘案し 達成目標 実施期間 技術開発体制等 基本計画の見直しを弾力的に行うものとする (3) 根拠法本プロジェクトは 独立行政法人新エネルギー 産業技術総合開発機構法第 15 条第 1 項第 2 号及び第 15 条第 1 項第 3 号に基づき実施する (4) その他なし 6. 基本計画の改訂履歴 (1) 平成 17 年 3 月 制定 (2) 平成 18 年 11 月 プロジェクトリーダー所属 氏名追記のため改訂 viii

42 3R プログラム基本計画 1. 目的廃棄物の最終処分場の逼迫や鉱物 エネルギー資源の将来的な枯渇の可能性など 環境 資源制約は 21 世紀における我が国の持続的発展の最大の課題である そのため 大量排出 処理困難 資源有用性等の観点から 必要な 3R 技術の高度化を図ることにより 従来の大量生産 大量消費 大量廃棄型経済社会システムから脱却し 環境と経済が統合された循環型経済社会システムを構築する 3R: 天然資源の消費抑制 廃棄物の発生抑制 (Reduce) 製品 部品の再使用 (Reuse) 原材料としての再利用 (Recycle) 2. 政策的位置付け科学技術基本計画 経済財政運営と構造改革に関する基本方針等の各方面より循環型社会形成に資する技術の研究開発を早急に推進することが求められている 第 3 期科学技術基本計画 (2006 年 3 月閣議決定 ) の分野別推進戦略 (2003 年 3 月総合科学技術会議 ) において 重点推進 4 分野の一つである環境分野の中の 3R 領域 として位置付けられている プログラムの目標である資源生産性の向上 循環利用率の向上 最終処分量の削減に関しては 循環型社会形成推進基本法に基づく 循環型社会形成推進基本計画 (2003 年環境省告示第 2 8 号 ) において 政府の政策目標として位置づけられている 経済成長戦略大綱 (2006 年 7 月財政 経済一体改革会議 ) において 我が国の資源生産性 (GDP/ 天然資源投入量 ) を 2010 年度までに約 39 万円 / トンに向上させること等を目指し 先進的な 3R 技術の開発や 3R システムの整備 循環型の地域づくり等を進めるとともに 資源生産性等に関する指標や政策目標設定手法の国際整合化 循環資源の適正な輸出入のための国際的な取組の充実等により 3R を国際的に推進し 資源のより効果的 効率的な利用による持続可能な産業発展を促進する との方針が示されている 経済財政運営と構造改革に関する基本方針 (2006 年 7 月経済財政諮問会議 ) において 環境と経済の両立を図るため 金融面からの環境配慮を進めるとともに 環境技術の開発 3R イニシアティブやアジア環境行動パートナーシップ構想による優れた技術 制度の国際的な普及と標準化等に向けた取組を進める との方針が示されている 3. 目標 2010 年度までに環境 資源制約を克服し これを新たな成長の要因とする循環型経済社会システムを構築するため 資源生産性 (=GDP/ 天然資源等投入量 ) を約 39 万円 / トン (2000 年度約 28 万円 / トン ) に増加させる 循環利用率 (= 循環利用量 /( 循環利用量 + 天然資源等投入量 )) を約 14%(2000 年度約 1 0%) に向上させる 最終処分量を約 28 百万トン (2000 年度約 56 百万トン ) に減少させる ことを目標に 必要な 3R 技術の確立 実用化を図る 4. 研究開発内容 プロジェクト Ⅰ. 環境配慮設計の推進 (1) 電気電子機器再資源化促進高温鉛はんだ代替技術開発 ( 運営費交付金 ) 1 概要リサイクルの阻害要因となっている有害化学物質の使用の抑制に資するため また 2010 年以降予想される EU の RoHS 指令による鉛使用の全面禁止 ( 施行当初は 高温はんだ中の鉛に関しては免除 * ) に先行し 国際競争力の強化を図るため 高温鉛はんだの代替技術の開発を行う ix

43 2 技術目標及び達成時期 2007 年度までに 高温鉛はんだを代替できる導電性接着剤の開発を行う 主な研究開発目標は以下の通りである 1 高機能材料開発 2 高機能材料の実装技術開発 3 信頼性評価技術開発 3 研究開発期間 2005 年度 ~2007 年度 Ⅱ. 建築ストック 3R 対策 (1) 革新的構造材料を用いた新構造システム建築物研究開発 1 概要エネルギー需給構造の高度化を図る観点から行うものであり 我が国鉄鋼業の約 50% を占める建設市場において 建築物のメインフレームに高強度鋼を用いることで 1 鉄鋼部材の軽量化 ( リデュース ) とそれに伴う輸送効率の向上 2 高強度化 非溶接化に伴う部材のリユース促進 3 製造 施工の省エネ 省力化等を図る 同時に 柔剛混合構造 ( 高強度鋼とダンパーの組み合わせ ) 技術の確立により 震度 7 にも耐えうる新構造システム建築物の建設が可能となり 我が国で大きなリスクである大規模地震災害から国民を守り 安心安全社会の実現に寄与する 2 技術目標及び達成時期 2013 年度までに 最大規模の地震 ( 震度 7) に対しても倒壊 損壊しない建築物を高強度鋼 (800N/mm 2 鋼級 ) とダンパーの組み合わせによる柔剛混合構造により実現を図るものであり 国土交通省や民間企業と連携してこの建築物のメインフレームに必要な高強度鋼部材 接合法等の開発を行う 主な研究開発目標は以下の通りである 震度 7 弾性新構造システム開発 高強度部材の製造技術開発 超高強度接合部品開発 高強度部材の接合技術開発 3 研究開発期間 2006 年度 ~2008 年度 Ⅲ. 金属資源等 3R 対策 (1) 希少金属等高効率回収システム開発 1 概要小型電子 電気機器にはベースメタルや 金 銀等の貴金属の他 インジウム ニッケル等の希少金属等を含有している 現状では これらの機器が廃棄された後は 非常に高温で処理する乾式製錬技術を用いてリサイクル 処理されているため 多大なエネルギーを消費するばかりか 回収可能な金属が銅 金 銀等に限定されており その他の希少金属等は回収できずに廃棄処分されている このため 湿式製錬技術を活用した高効率な最適技術の開発等を通じて 回収工程の省エネルギー及び希少金属等の回収率向上を図る 2 技術目標及び達成時期 従来方法 ( 乾式製錬 ) で処理する場合に比べて 大幅な省エネルギーの実現 ( 省エネルギー効果 : 原油換算で約 78 万 kl/ 年削減 ) 廃小型電子 電気機器 廃超硬工具等中に含まれる希少金属等の回収率の向上 ( インジウム 0% 90% ニッケル 50% 95% コバルト 0% 95% タンタル 0% 80% タングステン 90% 95% レアアース 0% 80%) 3 研究開発期間 2007 年度 ~2010 年度 x

44 (2) 希少金属代替材料開発プロジェクト ( 再掲 ) 1 概要希少金属は 特殊用途において希有な機能を発揮する一方で その希少性 偏在性 代替困難性から 市場メカニズムが必ずしもうまく機能せず その供給ストップは川下の経済成長の制約要因となりうるリスクを伴っている 近年 コンピュータによる材料設計 ナノテクによる微細構造制御 等が飛躍的に向上した結果 従来できなかった コンピュータによる最適制御設計による候補元素系の探索 結晶粒界 界面の制御等マイクロ構造の制御 等が可能となりつつあることから こうした最先端技術を用いることで 希少金属の新たな代替 / 使用量低減技術を開発する 2 技術目標及び達成時期 2011 年度までに 以下希少金属元素の使用原単位について現状と比較して以下の低減ができる製造技術を開発し ユーザー企業 大学等の外部機関に対して機能評価のためにラボレベルで提供できる ( 試料提供 ) 水準に至るまでの技術を確立することを目標とする また 製品の機能や製造コストは現状と同等を少なくとも維持することを前提とする 透明電極向けインジウム(In) : 現状から50% 以上低減 希土類磁石向けディスプロシウム(Dy) : 現状から30% 以上低減 超硬工具向けタングステン(W) : 現状から30% 以上低減 3 研究開発期間 2007 年度 ~2011 年度 提案公募 (1)3R 実用化技術の開発 ( 本事業は地域新規産業創造技術開発費補助事業において実施 ) 1 概要循環型経済社会の構築に当たっては 民間企業が市場競争の中で自ら効率的な事業展開を図っていくことが必要である そこで社会的なニーズが高く早期に実用化すべき 3R 技術の研究開発を支援することにより 開発コストと事業化リスクを低減し 民間企業等が取り組む実用化技術開発を促進する 2 技術目標及び達成時期各事業においては 技術開発終了後 ただちに事業化することを目標とする 3 研究開発期間 2002 年度 ~2011 年度 (1 事業 2 年以内 ) 5. 政策目標の実現に向けた環境整備 ( 成果の実用化 導入普及に向けた取組 ) 標準化 各プロジェクトや民間における技術開発等で得られた成果のうち 標準化すべきものについては 適切な標準化活動 ( 国際規格 (ISO/IEC) 日本工業規格 (JIS) その他国際的に認知された標準の提案等 ) を実施する 特に リサイクル品などの 3R 配慮製品に対する需要の創出 拡大を図るため 環境 JIS 策定促進のアクションプログラム に基づき リサイクル品等の品質基準及び試験評価方法の規格 ( 環境 JIS) の策定を引き続き推進する 導入普及促進 排出量の多い品目 業種や処理困難物を中心にリサイクルシステムなどの実証化 市場化対策に関するフィージビリティ スタディを実施する 設計 製造段階における環境配慮設計に関し 業種 品目毎に必要となる評価項目 基準設定を行うとともに ルール作りの基盤を国際整合性の確保も視野に入れつつ整備する さらに 化学物質などの情報が効率的に管理されるサプライチェーンシステム構築のための基準や これらの情報の発信 消費者側からのフィードバックを積極的に行うための基盤整備を行う 3R 対策が講じられている製品等の市場開拓を促進するため 政府が環境物品等を率先購入することを xi

45 定めたグリーン購入法について 同法の判断基準が引き続き 3R 対策を適切に反映するようにしていく 民間事業者によるリサイクル リデュース リユースの取組を促進する観点から 税制 融資制度等によるリサイクル施設等の整備支援を引き続き実施する 法規制 資源有効利用促進法等のリサイクル関連法制度によるスキームを活用して 3R 対策を網羅的に講じることにより 循環型社会の構築を図る ガイドライン 事業者による自主的取組を促進する観点から 産業構造審議会において策定している 業種別 品目別廃棄物処理 リサイクルガイドライン ( 自主的な目標の設定 ) について 3R 対策を加速する観点から適宜フォローアップを行い 改定を行う 啓発 3R の普及 促進を図るため 毎年 10 月を 3R 推進月間 とし この期間を中心として 3R 活動への関係者の取組を促すための 3R 推進功労者等表彰 や 循環ビジネス振興のための 資源循環技術 システム表彰 等の普及啓発活動を実施 6. 研究開発の実施に当たっての留意事項事業の全部又は一部について独立行政法人の運営費交付金により実施されるもの ( 事業名に ( 運営費交付金 ) と記載したもの ) は 中期目標 中期計画等に基づき 運営費交付金の総額の範囲内で 当該独立行政法人の裁量によって実施されるものである 7. プログラムの期間プログラムの期間は 2002 年度 ~2010 年度まで 8. 改訂履歴 (1) 平成 14 年 2 月 28 日付け制定 (2) 平成 15 年 3 月 10 日付け制定 3R プログラム基本計画 ( 平成 産局第 13 号 ) は 廃止 (3) 平成 16 年 2 月 3 日付け制定 3R プログラム基本計画 ( 平成 産局第 6 号 ) は 廃止 (4) 平成 17 年 3 月 31 日付け制定 3R プログラム基本計画 ( 平成 産局第 5 号 ) は 廃止 (5) 平成 18 年 3 月 31 日付け制定 3R プログラム基本計画 ( 平成 産局第 1 号 ) は 廃止 (6) 平成 19 年 3 月 31 日付け制定 3R プログラム基本計画 ( 平成 産局第 10 号 ) は 廃止 xii

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53 用語集 AlN 基板 用語 説明 窒化アルミニウムの基板 150~200W/m K の高熱伝導性を有する基板として実用化されている BGA Ball Grid Array はんだボールをバンプとした部品の実装形態 DBC 基板 ELV 指令 Direct Bonded Copper 基板 セラミックス基板に銅箔を直接接合したパワー半導体で広く用いられる基板 End of Life of Vehecles 環境規制欧州指令の中で自動車の有害物質規制 リサイクルなどを定めた指令 EPMA 分析 FFT 周波数分析 Electron Probe Micro-Analysis 電子線を試料に当て 発生する特性 X 線のスペクトルから照射微小領域の組成を定量化する方法 離散的フーリエ変換と逆変換を高速に計算する手法 (Fast Fourier Transform) を用いた周波数解析 LED 照明 Light Emitting Diode を用いた照明 RoHS Restriction of Hazardrous Substances 環境規制欧州指令の中で 電子機器の有害物質規制を定めた指令 SAC ボール Sn-Ag-Cu 組成のはんだボール X 線回折 アクナレッジ信号 / アドレスストローブ アトマイズ粉 X 線を試料に照射した時に生じる回折現象 回路の中で ある塊の信号を送る時 送り側で 塊信号を今から送るという合図の信号をストローブ信号と呼ぶ それに 2 種類あり アドレスと データストローブがある 塊信号を受ける側が受け取ったという合図信号を送り側に知らせる信号をアクナレッジ信号と呼ぶ 一般にこれらの信号は塊信号が通信されている間 (= 長いビット ) 1 または 0 に固定されていて 直流的な要素が高い信号となる アトマイズ粉は金属溶湯を急速凝固して製造した金属粉末 ガルバニック腐食 異種金属が接触することで生じる電位差で生じる局部的な腐食現象 局部腐食 電食ともいう キセノンフラッシュ法 キセノン光源を用いた熱伝導測定方法 クリープ 物質が降伏応力以下でゆっくり組成変形する現象 xx

54 シングルエンド伝送線路 スタンドアローン配線 回路の中で 1 本の信号線で結合されている形式の伝送線路である 電磁エネルギ伝送として 1 本では伝送不可能であるが そのペア線が共通グランド線で賄われていて 設計者はこれを意識しないで回路結線できる利点がある 前記の共通グランドは多くの信号線に対してペア関係を持ち 揺らいでいることからこのノイズ対策として考えられた方式を差動伝送方式と呼び 二つの回路で主信号とそれに同期して反転した信号の 2 本ペアで伝送することでグランドノイズが載らない高速信号伝送ができる この形態の信号を差動信号と呼ぶ シングルエンド信号配線でそのペアとなるグランドが明解に規定していない配線のことを呼ぶ 1 信号伝送経路に対して一本の配線だけを意識した設計ができ 回路がやさしい 設計クロック周波数の低い信号はこれでも問題が無いが 500MHz 以上程度からこの方式は信号伝送ができない ダイアタッチ接続 半導体のダイの放熱板への接続 デイジーチェーン 配線や接続の評価で 数珠つなぎにする状態 ディスペンサ デカップリングキャパシタ バリア層 高粘度液体をノズルから塗布する方法 電源は一般に多くの回路に共通的に供給されるため ある回路の動作に従った電源電圧の揺らぎが別の回路に伝わり その電源揺らぎで別回路の動作が乱れる これを防止するため 電源線のあちこちにキャパシタを接続することで 揺らぎに応じた電荷量の放電充電を行うことで揺らぎを防止する このキャパシタをデカップリングキャパシタと呼ぶ 反応を抑えるために界面に設ける薄い層 ピエゾ素子 チタン酸鉛などの電圧を掛けた時に変形する圧電素子 ヒステリシス 歪み - 応力カーブや 電圧 - 電流カーブなどで生じる非線形挙動 フリップチップ 半導体の電極接続で 半導体のダイを下向きに接続する面実装の方法 フレーク加工粉 プレーナペア線路 / マイクロストリップ線路 導電性接着剤で用いられる扁平加工した金属粒子 両者共に高速信号を通すための伝送線路で プレーナペアは平面状に 2 本の線を平行に配置した構造を有し 差動信号線路として用いられる マイクロストリップ配線は 2 層構造になっていて 下層にべたのグランドを配置して 上部に任意の信号電を配置する構造のことで グランドとペアになったシングルエンド信号を通すことができ 高速信号伝送に適した構造となる xxi

55 プロファイル精度 / ランダムパルスアイパターン ポアンソン比 ボイド形成 マイグレーション メタマテリアル的特性 デジタル信号の立ち上がり部と立ち下がり部は 伝送線路や回路の特性から変形することが多く タイミングのずれや動作不具合が生じる 特に高速信号ではそれが大きな問題となる 信号形状が初期の理想状態とどのようにずれたかの精度に関する言葉として信号プロファイル精度と呼ぶが この変形を規定することが図形の規定のように難しく ランダムパルスアイパターンを測定してそのアイ ( 目 ) が大きく開いているか閉じたか ( 潰れたと表現 ) を見ている ランダムパルスアイパターンはランダムなパルス信号を入力し 出力波をどんどん重ね合わせて描き 波形変形のばらつきが線の太さとなって クロックで規定されたタイミングでできる目がどんどん潰れていく状況を見る測定法である 時間が経っても目が開いている状態を作ることに注力が注がれる 物質の弾性常数の一つ 引張りの場合 引張荷重方向の伸び ( ひずみ %) と荷重に直角方向の寸法の縮み ( ひずみ %) の比をいう はんだ付けでよく見られる界面の気泡形成 ダイアタッチで接合面に閉じこめられる気泡 導電性接着剤に巻き込まれる気泡 原子の拡散により生じる劣化現象の総称 ケミカルマイグレーション ( またはイオンマイグレーション ) が導電性接着剤では問題となり 他にエレクトロマイグレーション サーモマイグレーションなどがある 導電性接着材など金属を分散した絶縁物は 金属の表面電子と電磁波の不連続相互作用が起こり 一見して接続構造による寄生容量よりも大きな容量成分が挿入されたようになる 接続部にこのような容量性結合が出ると 高速電気信号 ( 高周波電磁エネルギ ) は通りやすくなり 接続部の高速信号伝達に都合がよくなる この性質を持つ材料は最近メタマテリアルと呼ばれていることで メタマテリアル的特性と表現する メタライズ層リフローレーザー変位センサー位相再生異方性接着剤温度サイクル耐性 配線接続のために形成する金属薄膜を蒸着した表面層 はんだ付けの主要技術で はんだペーストを基板に印刷した上に部品を搭載し これをコンベアを用いて移動して温度プロファイルを設定した電気炉ではんだ付けする方法 レーザーを対象物に照射して反射波を計測し 対象物の変位を測定する方法 デジタル信号波形について限定した解説とする パルス波形の立ち上がりと立ち下がりタイミングを位相と呼ぶ パルス波形が回路や線路で変形したことで 1 から 0 または 0 から 1 に遷移するタイミングがずれる このずれ すなわち位相のずれを修正する操作を呼ぶ 回路では PLL や DLL( 内容省略 ) などがあるが 線路の長さや構造の調節でも可能である 樹脂中に数 % 程度の微量の金属粒子や金属をコートした樹脂粒子を分散させ 垂直方向のみに一方向に電極間を接続する方法 温度変化の影響を評価するために上下限温度を設定し 製品や部品の耐久性を評価する方法 集束イオンビーム (FIB) Focused Ion Beam Ga イオンを試料に照射して微細加工する方法 xxii

56 走査イオン顕微鏡 (SIM) 電子線ホログラフィー 等方性導電性接着剤 FIB を用いて反射イオンを検出器で検知して組織観察する方法 電子に比べて大きいため表面の情報が強く現れる 干渉性のよい電界放出電子線を用い 電子線の位相を高精度で検出し干渉縞として表示することでミクロな世界の磁力線や電場を観察する方法 多量の金属粒子を混合することで はんだと同様に電気的に等方的に接続に用いることができる導電性接着剤 透過電子顕微鏡 (TEM) 電子線を箔片化した試料に透過させ結像した象を観察するための顕微鏡 導電性接着剤 金属粒子を接着剤樹脂に混合し 導電性を得たもの 熱電導特性 熱を伝える性能 導電性接着剤で必要な特性の一つ xxiii

57 記載要領 Ⅰ. 事業の位置付け 必要性について 1. NEDO の関与の必要性 制度への適合性 1.1 NEDO が関与することの意義 本事業は鉛の不使用による鉛の環境影響の排除及び鉛資源の使用削減につながる技術開発であり 環境 資源制約を克服し循環型経済システムを構築することを目的とした経済産業省の3Rプログラムの一環として実施するものである 技術戦略マップでは 3Rエコデザイン 再生生産技術 のうち リデュース設計 有害物質削減設計の有害物質の非使用技術 有害物質含有物の代替技術 に位置付けられる これまで 民間や大学の個々の研究開発で ほとんどの鉛はんだの代替技術が完成されつつあり 200 程度の融点の低温はんだは可能性が見え始めた しかし 高温はんだ代替技術に関しては 導電性接着剤技術 金属代替材料技術のどちらにおいても 技術的なハードルが高く 個別の努力では確立が不可能な状況にあった また 導電性接着剤技術に関しては 基本メカニズムに不明な点が多く 界面制御の本質であるナノレベルの解析技術を必要とし 最先端の解析装置を用いねばならない等 企業単独の取り組み 投資では進展が困難な状況にあった 欧州では 導電性接着剤や金属はんだ代替材料開発に関して大学連携や産業界連携の大型プロジェクトが開始されており わが国においても遅れを取り戻し技術先行するためにも 基礎研究 材料開発 評価技術確立が一体となった横通しの研究開発が必要であり 産学官の連携したプロジェクト体制が必要不可欠であった この分野に 代替技術の一連のデファクトを築くことで さらなるリサイクルの推進が可能となる 本事業は 高温はんだ代替技術を 導電性接着剤技術と金属代替材料技術により確立すると同時に これを使いこなすための信頼性評価基準をデファクト化するものである この基準によりわが国の産業界が等しくその利益を得ることが可能となり 結果として国際競争力を高めることができる したがって 公共性の高いプロジェクト内容である 1.2 実施の効果 産業 経済効果本プロジェクトは これまで汎用化が不可能とされてきた単一の金属系高温鉛フリーはんだで代替を果たすのではなく 高温耐熱性に優れた導電性接着剤による代替技術の確立と これを補完するソフトな金属系高温鉛フリーはんだの合金設計を実施し さらにプロセスや信頼性評価まで含めた総合的な技術開発とデファクトを形成する ついては 以下の産業 経済効果の実現が期待される 1) 高温鉛はんだ市場現在の高温鉛はんだの市場は 国内で約 600t 世界でそのおよそ10 倍の 6,000tレベルである パワー半導体は エレクトロニクス機器 車載機器を含めて成長を続けており これらの鉛フリー化を世界に先駆けて達成できれば 市場占有効果を大幅に伸ばすことができる また パソコン (PC) の CPU をはじめ 画像処理などの高付加価値半導体では シリコンのベアチップに 1000 個を超す電極が形成する高密度実装 ( フリップチップ ) がなされているが これらは遍く高温はんだを用いて接続されている PC の CPU だけでも 1 億個以上が毎年生産されており PC のチップセットや画像処理装用の MPU などを考慮すると PC だけでその 4 倍強が見込まれる この他 携帯電話 ゲーム機 デジタルカメラ カーナビなどのデジタル機器でも MPU を数個ずつ搭載しているので 高温はんだの鉛フリー化は 単に素材の転換を実現するだけでなく 半導体市場の形成にも大きく影響を与える 1

58 記載要領 2) 導電性接着剤市場導電性接着剤の現在の世界市場規模は 等方性接着剤で約 100 億円規模レベルである 現在米国のメーカーが 40% ほどを占め優位であるが 本技術開発によって熱伝導と電気伝導の 2 点と低コスト化によって革新的な特性と経済性が実現できるので 米国に迫る占有率が期待できる 一方 異方性導電性接着剤 フィルムも国内約 193 億円 ( 国際市場は約 400 億円 富士キメラ総研より ) の市場規模を有するが 平面デバイスの急成長で年 +20% の成長をコンスタントに期待される 今後 高温鉛はんだ代替に加え実装の低温化 ファインピッチ化の市場を新たに形成することを考えると 等方性 異方性ともに大きな成長が期待される ア ) コンデンサ市場コンデンサ市場で導電性接着剤を使用する商品群として タンタル 積層形アルミ固体電解コンデンサが挙げられる 2006 年の市場規模は 2100 億円規模である イ )LED 市場導電性接着剤は LED の主要なダイアタッチ接着剤として使用されている LED の市場規模は 2006 年の段階で 4800 億円以上に達した 2011 年にはパワー LED による各種サイン照明 液晶モニターの薄型バックライト照明等の様々な用途への LED の普及により 1 兆円を超える市場規模となるものと推定される ウ ) モジュール市場導電性接着剤は 耐熱性が低い部品 部材を用いる CCD などのモジュール 接合部が溶融することで不具合が発生する樹脂封止モジュール 高い耐熱温度が要求される車載モジュール等に使用される また 新材料の信頼性評価機器 装置も 2010 年には 15 億円程度になり その内の多くは本プロジェクトで開発した機器で占めることが期待できる 省エネ効果 低温実装による効果導電性接着剤は 低温実装が可能であり 各種情報機器 家電製品 車載製品の製造におけるプロセス温度を従来の半分程度に低下させることで 省エネルギーに寄与する はんだ接続のリフロー装置の 10% を本技術が置き換えるとすると 2020 年の原油削減量は約 13 万 kl となる 省エネ機器の普及導電性接着剤は 省エネ機器 製品にも多く利用される LED やパワー半導体のダイアタッチがその例で これら製品の普及により 大きな省エネ効果が期待できる ( 例 )LED 照明への適用導電性接着剤は LED の主要なダイアタッチ接着剤として長年使用されており 本事業は LED の高機能化 高信頼性 長寿命化に寄与する 現在 照明として多くの場所で使用されている白熱灯 蛍光灯を 長寿命 高効率の LED 照明に置き換えた際の CO 2 排出削減見込み量は 2020 年時点において 686 万 tco 2 / 年 ( 原油換算量 262 万 kl / 年 ) 2030 年では 1,039 万 tco 2 / 年 ( 原油換算量 397 万 kl/ 年 ) と推定される また 信号機を全て LED に置き換えた場合 35.3 万トン / 年 ( 原油換算量 22.8 万 kl/ 年 ) と推定される 2. 事業の背景 目的 位置づけ 製品に有害物質が含まれていると たとえ製品使用時には問題とならない場合でも 使用後のリサイクルの 2

59 記載要領 障害となったり 廃棄前に無害化処理が必要となる また処理せずに廃棄された場合には 地球環境を汚染し 最終的には人体に悪影響を及ぼすこともある このような背景から 2006 年 7 月 1 日に EU( 欧州連合 ) で RoHS 指令 ( 電気 電子機器中の特定有害物質の使用制限指令 ) が施行された 特定有害物質とは 鉛 水銀 カドミウム 六価クロム 臭素系難燃剤 2 種の計 6 物質である この EU の RoHS 指令がスタンダードになり 同様の規制は中国 韓国 米国カリフォルニア州ほか世界中に拡大している EU の RoHS 指令には いくつかの適用除外項目があり 高融点はんだに含まれる鉛 ( 例えば その中に 85% を超える鉛を含むすず鉛はんだ ) やサーバー ストレージ及びストレージアレイシステム用のはんだに含まれる鉛といった項目が含まれているが 2010 年には RoHS 指令の対象になる可能性が高い このような中 高温はんだの鉛フリー化においては 未だ基礎技術も確立していない状況にあり 基礎技術及び実装技術を取り巻く新たな材料やプロセス技術 信頼性の評価基準や評価手法を確立する必要がある 本技術開発は 世界に先駆けてこれらの技術を確立するとともに 周辺技術のデファクトを提案することにより 我が国国内産業による将来の RoHS 規制対応製品市場の確保を可能とし 産業競争力の強化につなげることを目的としている 図 1 実用鉛フリーはんだの融点比較 RoHS 対応に迫られる高温はんだの鉛フリー化は 候補がない状況で激しい技術開発が世界的に進められている 現在提案されている高温はんだは Sn-(80-90wt%)Pb の特性を出発点として 融点 即ち液相線温度が 300 以下で固相線温度が 260 以上にすることを大前提とする すなわち 高温はんだの代替条件は リフロー温度 ( 最高 260 ) で再溶融しないことが基本条件となる 将来の車載機器に代表されるように 実装のケースによっては 150 常用や柔軟性が要求される高温用途のはんだも必要であるが 150 常用を可能とする接合材料は鉛入りはんだでさえ存在せず RoHS 規制とは異なる技術の範疇にある また 将来的には SiC デバイス実用と高温化で 200~300 の常用もしなければならないが 現状全く候補技術はない 高鉛はんだの代替材料候補となる高温鉛フリーはんだには Zn-Al 系 Bi-Ag 系や Au-Sn 系はんだなどがあり 論文や特許は全てこれらの合金系に対した取り組みが為されている しかし これらの合金は Zn-Al 系は Al が化合物を形成しやすく Bi-Ag 系は元来 Bi が硬く脆く Au-Sn 系は Au-Sn 金属間化合物を多量に生 3

60 記載要領 成するために いずれも硬く脆い欠点を有する 今回の技術開発では これらの欠点を補う新しい技術として リフロー温度での短時間処理に耐える高温耐熱に優れる高機能導電性接着剤の開発を目指した また エポキシ接着であることから当然のことながら 150 における常用も期待される 一方で 導電性接着剤は 低温実装が可能であるため 普及と共に省エネルギーに寄与する材料である また 大型パワー半導体等には接着剤では代替できない部分があるため こうした分野に用いられる金属系鉛フリー代替技術の開発も併せて行った 導電性接着剤の評価方法については 国内規格 国際規格ともに存在しないため 信頼性評価方法 評価機器の開発を行った 400 レーザー 常温接合 ( 金属を選び, 限界を依存 ) ( ) 300 導電性接着剤 新概念を設計基準とする金属間化合物で脆化ししない合金系開発 耐熱温度 200 鉛フリーはんだ Sn-Ag-Cu 100 Sn-Zn Sn-Bi Sn-In 実装温度 ( ) 図 2 各種実装技術の実装温度と耐熱温度マップ Zn-Al 系はんだ 脆く硬く実用不可 Sn-Au 系はんだ脆性で高価 Ⅱ. 研究開発マネジメントについて 1. 事業の目標 1 高機能材料開発 狭幅配線ピッチ対応 (50μm 幅 / スペース ) 高熱伝導(50W/mK) 低抵抗 (10-5 Ωcm) を達成する材料の開発 260 以上の耐熱接続技術開発 2 高機能材料の実装技術開発 材料 プロセスの最適化技術開発 3 信頼性技術開発 メッキ基板や部品との接続相性問題の解決 信頼性評価基準 試験方法の確立また 上記 1~3に係る接続の基礎技術開発とその評価等の基礎的 基盤的研究を行う < 最終目標の設定根拠 ( 特に定量的目標については その値とした理由 )> (1) ニーズ側 ( 開始時及び現在の想定製品 サービス ) から見た根拠 1 高機能材料開発 4

61 記載要領 接着剤で実装したモジュールを鉛フリーはんだで基板に接続する このリフロー温度が260 を想定しているため260 以上の耐熱とした ( 鉛フリーはんだにおいて240 以上の合金組成が見出されていない ) 現状のファインピッチの限界は130μm の配線が実現されているが 2010 年には60μm の配線が期待されている 従い チップ間距離の目標値は50μm 程度が必要となる 本技術は 高密度化の部分に適用されるため 鉛はんだ 35W/mKよりも高い 50W/mKとした 抵抗については 鉛はんだと同等程度の10-5 Ωcm の抵抗値とした 2 高機能材料の実装技術開発本プロジェクトで開発した導電性接着剤と金属系鉛フリーはんだは 比較的安価で柔軟性にも優れる材料特性を持つが プロセス上のノウハウが必要であり 欠陥を少なくし 生産性を向上させるための実装プロセスの開発が必要である 3 信頼性技術開発鉛フリーはんだの接合においては 部品電極材料と鉛フリーはんだ合金組成との間で 共晶低融点組成の形成によるクラックの発生が起こっている また Ag 系導電性接着剤においても Sn めっき電極を使用すると Ag-Sn 間における内部電池の形成によって 抵抗値の増加によるトラブルが発生している 従って 本開発においては これらの接続上の相性問題を調査し 解決する必要があり 信頼性評価の方法及び基準の確立を行う必要がある 高温と湿度環境における劣化のメカニズムを解明し 汎用技術としてこれを解決することが必須である (2) シーズ側 ( 開始時及び現在の技術水準 ) から見た根拠 1 高機能材料開発導電性接着剤に関しては 260 耐熱に関して 優れた耐熱性を持つエポキシの探索 金属フィラーの探索及び接着剤成分の設計方法を変化させることにより十分可能なレベルである 熱抵抗 電気抵抗についても達成可能である 50μm の狭ピッチについては 印刷性を改善し 耐マイグレーションの導電性接着剤を開発することにより 実現する可能性は高い ただし 実装面で 硬化時間 ボイド セルフアライメント等の課題があり 材料開発 実装プロセス両面からの解決が必要である 合金系はんだに関しては Sn-Zn 系 Bi 系に関しては合金設計の概念を形成できたので 種々の電極材料との特性評価 生産性評価及び適用範囲を確認することで達成可能である 2 高機能材料の実装技術開発材料メーカーに協力する電子情報技術産業協会 (JEITA) の推進委員会にセットメーカーが参加し 実装の共同作業を行いプロセス上の課題を抽出した この課題を整理し より生産性に優れた材料開発と実装プロセスを確立することにより 実装技術の最適化は可能となる 3 信頼性技術開発 Snめっき対応として 導電性フィラーに合金を利用して Snめっきとの劣化を抑制する方法と樹脂に劣化抑制機能を持たせる方法での材料改良を行っており 達成は可能であると考える また これまでの環境試験結果から 劣化因子についても特定されつつあり 信頼性評価基準 試験評価方法も確立は可能である 2. 事業の計画内容 2.1 研究開発の内容 (1) 事業概要本プロジェクトでは 大学等のナノレベルの組織 機能解析および制御に基づく基礎技術開発から 企業連 5

62 記載要領 合が形成するチームとの連携で 新産業技術として高温鉛はんだ代替技術の世界デファクト形成を目指した 同時に 導電性接着剤の特性を生かした 50μm 幅 / ピッチの狭ピッチ配線 銀や金属系の特性を生かした 10-5 Ωcm オーダー低抵抗 50W/mK 以上の高熱伝導材料基礎設計とナノレベル接続および導電機構解明と制御技術開発 導通評価機能を備えた最先端電子顕微鏡による導電性接着剤界面での電気接続機構のその場観察と解析 および導電性接着接続の GHz 対応技術の開発を実施した また これらの特性評価や各種信頼性改善と評価基準の指針を明らかにした 表 1 全体スケジュール 年度項目高機能材料開発高機能材料の実装技術開発信頼性技術開発 H17( 05) H18( 06) H19( 07) 界面ナノ構造の解明 プロセス低温化 短時間化 RoHS 導電率 熱伝導改善 GHz 対応技術の開発 金属系高温鉛フリーはんだ設計指針の確立 低コスト化 ファインピッチ化対応技術開発 信頼性 耐衝撃性の評価 開発材料に対応した新規実装プロセス開発微細スクリーン印刷技術開発 試験基準 方法標準確立 予算 ( 百万円 ) 研究の総括予算 ( 百万円 ) (2) 事業内容研究開発項目 1 高機能材料開発 2 高機能材料の実装技術開発 3 信頼性技術開発 について 各研究機関の事業内容を下記する 大阪大学産業科学研究所 123 高機能材料開発として 銀塩技術などによる導電性接着剤の機能改善 接続界面のナノ構造評価を通し 各材料 プロセスのパラメータの界面形成における役割を解明した さらに ミクロンからサブミクロンのサイズの銀粒子の特性改善技術を更に発展させ 新規材料の合成条件やプロセス条件をパラメータとしたモデル実装から 導電性接着剤接続の設計指針を確立した 具体的な特性の数値目標は 高熱伝導 (50W/m K) 低抵抗 (10-5 Ωcm オーダー以下 ) を達成する材料条件 実装条件等を明確化した 金属系高温鉛フリーはんだ技術を確立するために 鉛フリー化の合金設計に取り組んだ Zn 系や Bi 系の可能性を調査し 電極材料との界面安定性に関する知見を獲得した ダイアタッチ評価をモデルとして 候補合金を調査し 界面安定性と改善策に関する知見を獲得した また 新たに設計した金属系高温鉛フリーはんだの性能をデバイス接続した状態で高温保持 温度サイクル試験などの安定性の評価を行い 金属系高温鉛フリーはんだの適用範囲を明らかにした 高機能材料の実装技術開発として フリップチップ接続の鉛フリー化に取り組む エポキシなどを母体とする柔軟な 6

63 記載要領 接続構造の設計を継続し 材料開発と微細化プロセスを確立した また 新構造の信頼性評価を通して今後の微細接続の鉛フリー技術として設計指針を確立した 新微細接続構造の信頼性評価を通して 今後のフリップチップ接続の鉛フリー技術として設計指針を確立した 具体的な数値目標は 配線ピッチ対応 (50μm 幅 / スペース ) を達成した 信頼性技術開発として 導電性接着剤実装で特に問題となる高湿条件におけ Sn めっきとの界面劣化現象の解明に取り組み メカニズムを解明した 導電性接着剤接続には大小のボイドが形成され これが諸特性に影響を及ぼすと考えられるので 接続部のボイドの接続信頼性への影響を明確にした さらに ボイドを抑制するための方法を確立した 導電性接着剤界面接続の衝撃試験の問題点を明らかにし 高精度化を行い 新たな標準的方法として検討した 東北大学多元物質科学研究所 ( 再委託先 )3 導電性接着剤高品位化を目指した電気伝導経路の微視的解明を目標とし 透過電子顕微鏡によるその場観察ピエゾ駆動探針治具等の周辺技術を確立した さらに 開発する探針試料ホルダーを用いて実際の導電性接着剤の評価を行い 材料パラメータと導電機構の関係などから 高機能材料設計に関する情報を取得した また 本手法の課題を抽出し 観察評価の高精度化を目的とした微小領域でのピエゾ駆動機構を確立した このその場観察技術を用いて導電性接着剤配線の電子線ホログラフィによる局所電場のイメージングを融合させ 与えられた導電性接着剤を微細構造観察 抵抗評価 局所領域の電位分布観察という多面的なアプローチで評価することで 根本的な導電機構に関する評価技術として確立した 明星大学情報学部情報学科 ( 再委託先 )3 導電性接着剤実装における GHzレベルの高速信号伝送評価技術を確立した このため 構想立案に対する設計作業 ( チップ パッケージ 基板 ) 製作と導電性 導電性接着剤の代表的材料を選択し システム構築を行い 比較材料としてはんだ接続との比較を行い 少なくとも2GHz 伝送を達成する さらに 実際の評価を通して評価システムの課題を抽出し GHz 帯域測定評価と改善指針検討 および 取得データに基づく材料改善の設計指針を取得する 芝浦工業大学工学部物質系材料工学科 ( 再委託先 )3 導電性接着剤のマイクロサイズにおける力学特性は そのバルク材料とは異なると考えられるので マイクロ材料に適した力学的特性評価技術を確立する まず 鉛フリーはんだに対するマイクロサイズ試験片評価方法を導電性接着剤を用いた実装部の信頼性解析に応用展開し 課題を抽出する 特に 機械的変形中のその場評価による導通安定性の調査 機械的変形中における電気抵抗の変化をクリープやその他機械的試験中に測定し 変形 ( ひずみ 応力 ) と電気抵抗の関係を調査する プロジェクト参加メーカが開発する各種接着剤のクリープ特性 ( 画像相関法による解析含む ) 疲労寿命および電気抵抗変化を計測し それらの結果を系統的に整理し データベース化することにより 電気的 機械的信頼性に優れる接着剤の開発指針を得る 藤倉化成株式会社 ( 助成 )12 藤倉化成が開発した導電性接着剤は金属結合型 Ag 系 及びナノ Ag 系の 3 種類が挙げられる 各タイプの導電性接着剤は以下の様な経緯で開発が行われた 当初 Ag 系導電性接着剤を中心に検討していたが Sn メッキ電極を持った電子部品に対して 安定した接続信頼性が得られなかった そこで 接続信頼性を妨げる原因とされるガルバニック腐食を防ぐための処方を取ることにより不安定だった接続信頼性が大幅に向上した しかし 大型の半導体パッケージである QFP BGA に対しては 充分な接続信頼性を得るところまでは到達しなかった また 硬化条件において基本計画の中で数値目標とされていた 180 /5min はクリアできなかったが 既存の設備であるリフロー炉を使用できる 200 7

64 記載要領 /10min までは実現できた その後 接続信頼性の更なる向上を目的とし はんだと導電性接着剤との両方の特性を持ち合わせる金属結合型導電性接着剤の開発を行った この接着剤は Ag 系で大きな課題となっていた Sn メッキとの相性問題において メッキ自体をリフロー硬化時に接着剤に取り込み一体化することによって安定した接続信頼性を実現することが出来た 硬化温度による QFP BGA の熱応力での部品の反りによる接続不具合を抑えるため ピーク温度を下げる改良も行った QFP に関しては安定した信頼性が得られたが BGA に関しては 硬化温度の影響が大きく効いており改善しなかった また ファインラインの印刷においては ナノ Ag 系により L/S=40μm を実現し 基本計画の数値目標であった 50μm をクリアすることが出来た 日立化成工業株式会社 ( 助成 )12 1 高機能材料開発 : 低体積抵抗率 高熱伝導率及び高耐熱性材料の開発 2 実装技術開発 : 低温短時間硬化性及び微細印刷性技術開発 表 2 日立化成工業スケジュール 研究開発項目 目標 H17 年度 H18 年度 H19 年度 1 高機能材料開発体積抵抗率熱伝導率耐熱性 ( 高温接着性 ) ( 耐高温放置性 ) ( 耐 TCT 性 ) 10-5 Ω cm 30W/m K 10MPa 1000h@ cyc@-40~125 金属結合粒子 ( 低融点金属 ナノ粒子 ) 高耐熱樹脂 ( 高 Tg 樹脂 ) 組成最適化 2 実装技術開発低温 短時間接続性 狭幅配線ピッチ 180 / 10min 50μm 樹脂 硬化剤最適化 粒子最適化 ナミックス株式会社 ( 助成 )12 1 高機能性材料開発狭幅配線ヒ ッチ対応 高熱伝導 低抵抗狭幅配線を想定した場合 従来の導電性接着剤に広く採用されている Ag 粉を用いると 配線間のマイク レーションによる短絡不良が懸念される そこで耐マイク レーションを達成できる導電性フィラーの材質の検討を行った 高熱伝導性や低抵抗が安定に得られる材料開発については 素材や形状などをハ ラメータとして安定な特性を発現する材料開発を行い 抵抗値の目標としては 10-5 Ω cm オータ ーを 高熱伝導性に関しては 30Wm/K を目指して材料開発を行った 260 以上の耐熱接続技術開発 半導体内部接続に必要な 260 以上の環境に耐え得る接合材料がないため 本開発では 260 での接続に十分耐えうる新規材料の開発を行った 260 リフローを数回暴露される場合を想定した場合では短時間の耐熱性は達成されているが さらに長時間 (30 分程度は必要とされる ) での耐熱性を考慮しながら汎用性を高める必要があると考え 構成する樹脂材料の検討を行った 2 高機能材料の実装技術開発材料フ ロセスの最適化技術開発 8

65 記載要領 高耐熱性の接合材料が開発された場合には そのフ ロセスの確立は必須であり 技術的な最適化を図る必要性がある 印刷技術とマッチした導電性接着剤開発により フリッフ チッフ 実装に活用できる 50μm ライン幅 / スヘ ースの配線接続の対応技術についても完成させた さらに 耐熱性に乏しい部品や基材接続に対しても導電性接着剤は有効であると考えられるので フ ロセス適応性の拡大を狙い低温接続性についても検討を行った タムラ化研株式会社 ( 助成 )12 SnBi 系はんだ接合と樹脂による接着剤を同時に行える導電性接着剤を開発した もともと Pbフリーはんだの代替としてAg 系の導電性接着剤が検討されていた しかし 部品電極にSn めっきが大半を占めており AgとSn の間で腐食が起こり 界面での抵抗値が経時的に上昇するといった現象が発生している そこで Sn42Bi58はんだとエポキシ系熱硬化性接着剤を組み合わせて 電極 -ランド間をはんだ接合させると同時にはんだ接合部以外を接着剤で硬化させるという新規導電性接着剤を開発する事となった 上記 SnBi 系導電性接着剤について 材料 プロセスの最適化ということで接着剤成分の特性改良により硬化時間 作業性等の向上を図った また 260 の耐熱性技術 150 の信頼性試験に耐え得る材料開発 熱伝導率 50W/m K 抵抗率 Ω cmを達成する材料については Sn3Ag0.5Cu はんだを使用した導電性接着剤の開発で対応することを検討した ( 抵抗率を Ω cmとしたのは はんだとして実績のあるSnBi 及びSnAgCu を使用するという理由から Ω cmに変更した ) エスペック株式会社 ( 助成 )3 導電性接着剤実装の 各種環境条件における信頼性を決定するための評価基準の確立のために 電子部品実装状態における接続信頼性 絶縁信頼性評価などの各種信頼性試験を行い 電子部品との接続相性課題を抽出した また 抽出した接続相性課題をもとに 信頼性評価基準 試験方法を確立するとともに 信頼性評価に必要な機器の設計を行った さらに 接続や絶縁信頼性などの信頼性評価などの他に 実装時の熱特性が重要な機能の一つに挙げられた 従来 材料の熱特性測定法としては 1 定常法やレーザーフラッシュ法などの材料自体の測定法 2MIL 規格や JEDEC 規格で規定されている接続熱抵抗を含む実装状態での測定法がある MIL 規格は現在のデバイスに即しておらず JEDEC 規格の風洞法は大型の風洞や専用パッケージが必要なこと 精度が悪いことなどから標準的な方法となっていない このため 材料メーカによって実装時の熱特性測定法が統一されていないため より実用的で精度のよい測定方法の標準化が望まれている そこで導電性接着剤の実装状態での熱特性測定法を検討し 従来の米国 JEDEC 規格の風洞法とは異なり正確な接続材料の熱特性を測定可能な方法および機器の設計を行った 日本電子部品信頼性センター ( 助成 )3 本事業では 導電性接着剤の信頼性評価項目として重要な 以下の評価を行い 評価技術の問題点を洗い出し 導電性接着剤に合った新しい評価基準の策定 および必要な評価機器の概念取得を行うことを目的とした これまでに検討された試験法から有効的な試験法を抽出し その中でさらに有効と考えられる以下の試験項目に着目して第一次評価試験の結果を参照しながら 第二次評価試験を継続して実施し完了させた さらに第三次 ~ 第六次評価試験を実施し現時点で最新の導電性接着剤の接合信頼性の実力値を把握した これらの評価検証結果は即座に導電性接着剤開発メーカにフィードバックし更なる特性改善を促した 又 各試験項目の評価法の基礎技術を確立した 高温 高湿 温度急変信頼性評価 : エポキシに Ag を含有する材料であり 従来のはんだ付けとは異なる吸湿の影響にフォーカスを当てた評価を必要とする 条件設定 湿度管理手法 電気抵抗測定法などに注目した評価技術の課 9

66 記載要領 題点の洗い出すため 現行の試験法で信頼性評価試験時間を最長 4000h/4000 サイクルまで延長し行い 試験後の部品と基板接合部の解析まで実施し劣化メカニズムを検証した 新たに各環境に曝した場合の抵抗値変化について導電性接着剤 部品 接合界面かを特定するため新たにセラミック基板を設計し実装して評価を行った 更に金属結合タイプの導電性接着剤については湿度に対する耐性が充分あることから 110 まで温度を上げて検証した また高温用タイプに関しては 150 に温度を上げて検証した イオンマイグレーション評価 : マイグレーションの生じやすい Ag を用いることを想定し 実環境で起こり得る環境条件の設定 微細化に対応した評価技術などを重点的に調べ 基準の策定を目指した評価を実施する 2000hの試験を終了し 各種導電性接着剤のマイグレーション発生の有無及びメカニズム解明 データの解析 観察方法の検討 試験方法の検討 ( 特に試験判定の基準 ) を行った 界面抵抗測定試験法の確立 : エポキシ樹脂を含有する導電性接着剤については 基板に銅箔が張られていなくても印刷可能なことからパターン上にペーストを印刷してパターンとペースト界面の抵抗値を計測する試験法が提案され 各環境に曝しながら導通抵抗値を連続モニターして材料間の比較検討を実施し試験方法の検討を行った 強度 衝撃評価 : 接着剤は一般的に はんだ付けと比較して接着強度が低く 衝撃には弱い これらの特性改善が必要なのは言うまでもないが 携帯機器などで重視されるこれらの特性を導電性接着剤の特性評価法として過不足の無い技術として確立する 強度評価の内 各環境に放置したサンプルの引きはがし強度評価 (QFP) 横押しせん断評価 ( 一般部品 ) を行なった 衝撃評価については QFN 実装基板を用いて落球試験による評価試験を行った 2.2 研究開発の実施体制 委託 ( 基礎研究 ) 100% NEDO 技術開発機構 助成 ( 実用化研究 ) 2/3 プロジェクトリーダー大阪大学産業科学研究所菅沼克昭教授 大阪大学産業科学研究所 研究項目 1 高機能材料開発 2 高機能材料の実装技術開発 3 信頼性技術開発 再委託 東北大学 1 高機能材料開発明星大学 2 高機能材料の実装技術開発芝浦工業大学 3 信頼性技術開発 日立化成株式会社ナミックス株式会社藤倉化成株式会社タムラ化研株式会社 研究項目 1 高機能材料開発 2 高機能材料の実装技術開発 材料技術開発 財団法人日本電子部品信頼性センターエスペック株式会社 研究項目 3 信頼性技術開発 信頼性評技術 機器開発 基礎技術開発 図 3 実施体制図 10

67 記載要領 2.3 研究開発の運営管理本プロジェクトは 体制面で 日本のトップ企業 大学が構造解析 材料開発 構造制御等の技術 ノウハウを可能な範囲で共有し メカニズムの解明を行うとともに プロジェクト外部に設置したユーザー企業で構成する委員会において 実際の半導体製造ラインでの材料評価 接合信頼性評価も行っており 開発 実装プロセス 評価基準 装置のデファクトを提案する上で 日本におけるベストの布陣となっている 技術開発全体の効率化を図るため プロジェクトリーダー ( 菅沼克昭大阪大学産業科学研究所教授 ) を委員長とする 高温はんだ代替 導電性接着剤開発専門委員会 を設置し 外部有識者の意見を運営管理に反映させるほか 四半期に一度程度プロジェクトリーダー等を通じてプロジェクトの進捗について報告を受けること等を行う 表 3 高温はんだ代替 導電性接着剤開発専門委員会 区分 委員名 会社名 / 所属 役職名 委員長 菅 沼克 昭 大阪大学 産業科学研究所ナノテクセンター長 教授 副委員長新 帯 亮 デンソー材料技術部第 5 材料技術室 主管 委員 澤 野光 俊 東芝 PC& ネットワーク社青梅事業所 PC 開発センター実装開発センター 参事 委員 田 中浩 和 エスペック 技術開発本部テクニカルセンターテクニカルク ルーフ マネーシ ャー 委員 田 代敏 哉 タムラ化研 実装材料開発部 委員 白 井恭 夫 ナミックス 営業本部テクニカルサホ ートク ルーフ ク ルーフ マネーシ ャ 委員 駒 形道 典 ナミックス 技術本部機能部 材技術ユニットシニアク ルーフ マルーシ ャ 委員 玉 置寛 人 日亜化学工業 第二部門 LED 技術本部第三技術部 部長代理 委員 藤 本雅 史 日亜化学工業 第二部門 LED 技術本部第三技術部 課長 委員 三 井紘 一ニチコン 執行役員 品質保証本部副本部長 委員 石 塚直 美 日本電気 テ ハ イスフ ラットフォーム研究所テ ハ イス実装 TG 委員 竹 内 誠 ユニサイエンス タケウチ 委員 江 間富 世 ハ ナソニック モハ イルコミュニケーションス 品質管理センター 品質管理ク ルーフ Gマネーシ ャ 委員 塚 越 功 日立化成工業 実装フィルム事業部開発企画担当部 部長 委員 田 中俊 明 日立化成工業 電子材料研究所実装 材料システム開発センタ 主任研究員 委員 芹 沢弘 二 日立製作所生産技術研究所主管研究員 委員 下 川美 恵 日立製作所生産技術研究所 実装ソリューション研究部 第 4 研究室 研究員 委員 渡 辺 聡 藤倉化成 電子材料事業部 技術 1 課 課長 委員 柳 浦 聡 三菱電機 先端技術総合研究所マテリアル技術部 委員 渋 谷 誠 村田製作所生産本部 実装技術センタ実装開発課 / 実装試作 品質課 委員 佐々木喜 七 ( 財 ) 日本電子部品信頼性センター環境試験所 所長 3. 情勢変化への対応韓国 アメリカ等の導電性接着剤技術開発が進展しており 研究を加速する必要が生じた ( 例 1. 韓国三星電気 電子では日本の技術に頼っている平面表示デバイスで韓国独自技術の確立を目指し 導電性接着剤技術開発に 100 名規模の研究者を投入 例 2. アメリカ IR 社は商品名 Direct FET で高温域の小型パワー半導体向け接着剤を開発 ) 平成 17 年度は導電性接着剤のフリップチップ接続の検証及び新たに設計した金属系高温鉛フリーはんだの性能を前倒しで評価 検証を行うために 4,400 万円の加速財源をつけた その結果 フリップチップ接続導電性接着剤をシリコン系樹脂で高精度に形成することに成功した 高 Zn 系はんだの最大の懸念材料である高湿試験を実施し その劣化がほとんど生じないことを組織から証明できた これによって 他の高温はんだより優れた性能を確保できた 導電性接着剤に関し 課題となっていた高温高湿環境下での劣化抑制手法を開発し 基本計画達成の目途を得るとともに 微細な範囲での電気抵抗評価手法に世界で初めて成功した これを受け 平成 18 年度は銀塩及び Ag-Sn 11

68 記載要領 ナノ粒子を用いた導電性接着剤の材料改質の特性評価 解析及びそのメカニズムの解明並びに導電性接着剤の導通抵抗の解析及び導電性接着剤の改良を行うため 5000 万円の加速財源をつけた 導電性接着剤の材料改質及び導電メカニズムの解明を 1 年前倒しで加速することにより 導電性接着剤に関する基本特許の取得及びデファクトスタンダードの提案に向けた活動を促進 具体的には 銀粒子のサイズをミクロンサイズまで大きくし 10-6Ωcm の低い抵抗率を達成することを世界ではじめて見いだした 更に数百ナノレベルの粒子の混合で 更に抵抗値を改善できることを発見した プロジェクト内のメンバーとともに製品化 実用化への検討を開始するとともに 知財化についても並行して実施 また 世界で初めて成功したピエゾ駆動二探針ホルダーによるその場の電気抵抗導通評価技術により 導通する瞬間に導電性フィラーが動く現象を世界ではじめて見いだし 導通メカニズムの新たな現象を明らかにした これが接続劣化につながっている可能性もあり 今後改善の対策を各社で実施 Ⅲ. 研究開発成果について 3.1 事業全体の成果 1 高機能材料開発高温鉛はんだ代替導電性接着剤について ナノレベルでの構造の制御により SnAgCu はんだ実装で溶融しないための条件である耐熱接続 (260 短時間 ) 高温鉛はんだと同等性能の熱伝導 30W/mK 低抵抗 (10-5 Ωcm) 狭幅配線ピッチ対応 ( 50μm 幅 / スペース ) を達成した 新規開発の導電性ペーストや Sn-Zn 系はんだは 従来の SnAgCu はんだよりもはるかに高い熱伝導率 100W/mK を越える材料である また 大型パワー半導体等 接着剤では代替できない部分に対応する金属系高温鉛フリーはんだを確立した (Zn 系で安定なダイアタッチを証明 Bi に Zn 合金化で特性改善 ) 2 高機能材料の実装技術開発各種半導体部品の実装性及び耐環境性 ( 熱サイクル 高温高湿 マイグレーション等 ) に関する試験を行い 使用条件を明確化した 熱伝導に関しては 高放熱特性に優れた熱伝導 50W/mK が得られる導電性接着剤を開発し 実装条件の明確化を行った 3 信頼性技術開発長年の課題である導電性接着剤の高湿劣化メカニズムを解明し 特性改善の指針を示した また 優れた高周波特性を示すことを解明した はんだ接合と同等以上の信頼性を決定する試験方法および判定基準を作成し 高温鉛はんだ代替材料としての試験方法を開発するとともに 導電性接着剤特有の劣化メカニズムに応じた信頼性評価機器の開発を行った また 実装状態の熱抵抗を実測可能となる熱伝導評価方法 装置を開発した さらに 金属系高温鉛フリー接続技術に関しては Zn-Sn 系及び Bi 系はんだの金属系高温はんだとしての信頼性の確保のための設計指針 プロセス条件を明らかにした 3.2 実施者毎の成果 大阪大学産業科学研究所 123 高温高鉛はんだの代替材料として 導電性接着剤の熱伝導や電気抵抗値などの特性の改善のために 新たに開発したカルボン酸系銀塩を用いた場合の熱分解が 100 前後で生じることを確認し可能性を明らかにした Ag を代替するための Cu 粒子を用いた銀コート粒子による改善の可能性を確認した Cu 粒子コア Ag コート系導電性接着剤で 10-5 Ω cm オーダーの抵抗値を実現し Ag 量の低減の可能性を明らかにし設計指針を示した Ag 系導電性接着剤 12

69 記載要領 の高機能化対策を施し その特性評価から 接合強度ははんだ並みで十分確保でき 更に熱伝導で 100W/m K を越えることを明らかにした 図 5に抵抗値変化を示すが 分のキュアすると Ω/cm の低抵抗値を達成した この値は 従来 Ag ナノ粒子インクを用いて達成されるもので ミクロンサイズで達成できることは ハンドリングのし易さに加え一桁経済性が上がったことを意味している 図 4 開発導電性接着剤で 分キュアした組織と抵抗値変化 銀粒子系の導電性接着剤を用いたファインピッチバンプ形成のための基礎因子解析から ディスペンサ塗布技術に高い精度が要求されることが分かり 50μm ピッチの安定したバンプ形成を実現した さらに高アスペクト比のファインピッチバンプ形成のための2 階建て構造を提案し 高温アスペクト比化を達成した バンプ構造柔軟化のために シリコーン樹脂を用いた導電性接着剤による実装を行ったが エポキシと同様の形態を確保できるものの 接着強度に課題を残すことが判明した シリコーン樹脂を用いる場合には 電極が界面の改善が必要である 金属系鉛フリー高はんだとして Zn-Sn 系と Bi 系合金を主とする技術開発を行った Zn 系合金は優れた延性を示し 室温では 20% の引張り伸びを持ち また ダイアタッチ試験から 260 のリフローでも影響がないことを確認した Zn 系合金と Cu と Ni 基板との接合を行い界面形成を調べ 界面反応が激しいことを明らかにした この反応を抑制する接合構造を提案し TiN バリア層が有効であることを証明した Zn-Sn 系合金が 熱伝導に極めて優れることを明らかにした Bi 系合金も合金化で優れた接合を可能にすることを明らかにした ダイアタッチ接続の温度サイクル試験を実施し Zn Sn 系 及び Bi 系合金が Au 系合金とともに適材適所の使い分けが可能であることを結論した 図 5 Zn-Sn でダイアタッチした接続界面の安定性 ( 左 : せん断強度 ) -40~125 の温度サイクル変化と 2000 サイクル後の亀裂の状態 Zn-Sn 系は せん断強度がほとんど劣化しない 13

70 記載要領 図 5 には Ag 系導電性接着剤の高温高湿環境における Sn めっき界面の劣化がガルバニック腐食であることを証明 した TEM による詳細な観察から その劣化メカニズムを解明した Sn めっきと Ag 粒子間に吸湿したエポキシを介してマイクロ電池が形成され Sn が酸化すると同時にマイグレーションを起こす 図 6 Ag-エポキシと Sn めっき高温高湿劣化界面の微細組織 左 :85-85%RH で 300 時間保持後の界面 SEM 像 界面に酸化物層とボイドが形成している 右 :TEM により Sn のエポキシ中への原子レベルの拡散が証明された また 温度サイクル試験による劣化メカニズムもはんだとは異なることを解明し Ag/ エポキシ界面 及びエポキシ電極界面の微細亀裂が徐々に蓄積されることで疲労が進む 導電性接着剤の衝撃特性ははんだ接続とは大きく異なることを明らかにし 導電性接着剤実装衝撃試験では従来の計測技術の高精度かが必須になることを示した ( 図 8) 提案した高精度化された衝撃試験方法が 汎用性の高い評価が可能なことを明らかにした 図 7 従来の衝撃試験法で評価した衝撃カーブ ( 左 ) では はんだ接続はデータのスムージングが可能であるが 導 14

71 記載要領 電性接着剤接続ではばらつきが大きすぎる これを 右のレーザー計測システムに改良することで 高精度計測が可能になった コンパクトな熱伝導評価方法を確立し 導電性接着剤実装の接続熱抵抗がはんだとは大きく異なり大きいことを明らかにした 東北大学多元物質科学研究所 ( 再委託先 )3 TEM 内のその場 2 端子抵抗測定装置を開発し ナノメーターレベルの微少領域のTEM 内でのその場観察抵抗測定が可能になり はじめて TEM 内の抵抗測定その場観察を実現した 更に 二探針抵抗測定装置の駆動がなめらかに動作するように改良し ナノメーターレベルのホログラフィ像を得ることが可能になった 完成した 2 探針ホルダーを図 9に示す この新たな技術を用いて はじめて導電性接着剤のAg 粒子間の電場をホログラフィにより可視化し ( 図 10) 電気が流れる際の諸現象の解明の端緒を与えた 図 8 TEM 内その場抵抗測定用 2 探針ホルダー 15

72 記載要領 (a) (b) 図 9 導電性接着剤の TEM 像 ( 上 ) と対応する電子線ホログラフィ像 1 μa の定電流の (a) 通電前 (b) 通電後の位相再生像 紫の部分が Ag 粒子 薄茶色の部分がエポキシ 電位分布を表すこれらの位相再生像は いずれも 試料の左下から右上の方向に 3 V の電圧を印加した状態で観測されたもの 明星大学情報学部情報学科 ( 再委託先 )3 デイジーチェーン形成したBGA の導電性接着剤接続部の高周波応答測定システムを開発した ( 図 11) BGAの導電性接着剤接続部の高周波応答測定では GHzオーダーで導電性接着剤がはんだ接続を凌駕する特性を示すことが明らかにした ( 図 12) 酸化したAg 粒子を用いた導電性接着剤では キュアによりボイドが発生して界面は生じることを明らかにした BGA 実装の高周波評価により 導電性接着剤が12Gbps までのデジタル信号を通過できることを示した 高周波領域では導電性接着剤接続がメタマテリアル的特性を示すことを示し 新たな接続構造の提案を行った 図 10 導電性接着剤接続の GHz 伝送特性評価のための評価システム 16

73 記載要領 図 11 2Gbps 信号のアイパターン比較 はんだ ( 左 ) と比較して 導電性接着剤 ( 右 ) はアイパターンが明確に見られ 高速伝送に優れることが分かった 芝浦工業大学工学部物質系材料工学科 ( 再委託先 )3 導電性接着剤で実装したミクロ試験片評価技術を確立した 本技術を用い 導電性接着剤接続の 温度 応力 ひずみ速度の効果を明らかにした 導電性接着剤実装が室温に於いてさえ非線形応答し 100 を超えるとガラス転移点を超え粘性挙動が顕著になることを見いだした ミクロ疲労試験器の加熱および電気抵抗測定の同時測定を可能にする装置開発を行い 機械特性の評価と抵抗測定を同時に行うべきことを示した 導電性接着剤接続の微小接続せん断試験及び疲労試験器を確立し 加熱および電気抵抗測定の同時測定が重要な評価方法であることを明らかにした 以上の各評価試験を通して 導電性接着剤実装の評価技術の標準化が必要であり この原形を提案した 図 13は 標準的なサンプルと評価方法として提案する完成した装置とサンプルを示す 図 12 導電性接着剤接続試験の機械的特性評価装置 ( 左 ) と微小サンプルの例 ( 右 ) その場抵抗測定も行う 17

74 記載要領 図 13 導電性接着剤接続のせん断強度試験 ( 左 ) とその場電気抵抗評価 ( 右 ) 相互に変化点が強く関係していることが分かる 藤倉化成株式会社 ( 助成 )12 研究開発の実績平成 17 年度 及び平成 18 年度に助成を受けて購入した 引張り試験機 熱伝導率測定装置 (Xe フラッシュ ) 以外の実験器具は弊社が既に取得しているものを使用した 試験配合作成のための分散機 粘度測定のための粘度計 抵抗値測定のための DMM 他 試験片作成のための印刷機 ディスペンサ装置 信頼性評価のための環境試験用の装置などである 助成を受けて購入した熱伝導率測定装置は 材料の熱伝導率を効率的に測定するために用い Ag 系導電性接着剤の高熱伝導化の研究に有益であった 平成 19 年度には 助成を受けて購入した 静止型リフロー装置 を用いてリフロー硬化時の大型半導体パッケージ (QFP, BGA) の熱応力での反りによる接続不具合の確認からの改良検討 及び同じく助成を受けて購入した V 型ブレンダー を用いてナノペースト等の高充填を行い L/S=50μm/50μm のファインライン印刷性と 10-6 Ωcm オーダーの低抵抗を実現した また 補助を受けて購入した材料 ( 各種銀粉 各種銀フレーク 熱硬化性合金粉 ) を使用して 配合検討を行った (A)260 以上の耐熱接続に耐え得る材料の開発 260 以上の耐熱性の樹脂 硬化剤をスクリーニングして採用した ノボラック型のエポキシ樹脂と変性フェノール系硬化剤の組み合わせを採用した この系で完全硬化した硬化物は 260 のリフローで 30 秒以上の耐性を実現できた 一度焼結した後は融点が上昇するような金属結合型接着剤に関してフィラーの検討を行った Ag Cu Sn Bi In の五種類の金属の組み合わせで最適化を行い 融点が 300 を越える配合を作った 融点がリフロー温度の 260 を超えるため 耐熱は達成できた これと併用して使用する最適樹脂はエポキシ樹脂の低粘度タイプを採用した (B) 抵抗値 Ωcm 以下を達成する材料の開発低抵抗を実現するための導電性フィラーとして 銀フレーク 銀粉を検討した 銀の種類 配合量 18

75 記載要領 分散方法などを検討した 銀と樹脂の重量比を 80/20 から 85/15 の範囲で充分に低抵抗の配合を作ることが出来た また ナノフィラーを用いたペーストでは Ωcm を実現した 金属結合型においては 材料そのものの抵抗値 10-5 Ωcm にすることは不可能である そのため 別方法として 電極との金属結合生成を安定に行えるような配合の検討を行った 銅箔とは金属結合が実現でき 界面の抵抗値を著しく減少させる事に成功した (C) 材料 プロセスの最適化技術の開発樹脂と導電性フィラーの組み合わせでトレードオフの関係にある特性をできる限り最適化するよう検討した メタルマスクでの印刷適性に関しては粘性と粘度が重要であるが それのみでは最適化が出来ない そのためトライアンドエラーで印刷適性の調節を行った 金属結合型においては 260 で 10~20 秒が必要であり 部品によっては変形のために実装できないものがあることが判明した 特に大きいパッケージでは反りが大きくなるために厳しい そのため 低温で実装できる配合が重要になっている (D) 接続相性問題の解決 Sn メッキと銀フィラーの相性問題を解決するために樹脂の種類 各種添加剤の検討を行った 樹脂に関しては (A) で述べた系が良好で 加えて三種類の添加剤を併用する事で Sn メッキ面の酸化を防止できることを見出した 金属結合型は基本的に相性問題を起こしにくい事を確認した Sn 面と金属結合を生成できるので 相性問題は起こさない (E) RCJ での評価結果第二次評価試験に Ag 系導電性接着剤 XA-5617 と金属結合型導電性接着剤 XM-5003HE を用いた XA-5617 は LQFP(2 種類 ) と BGA に関しては 1~300 サイクル程度しか接続安定性が保たれなかった FBGA では 2,000 サイクル程度 一般部品では 3,000 サイクル接続安定性が維持できた XM-5003HE では 半導体パッケージ部品には良好な実装が出来なかった 一般部品では 3,000 サイクルの間ほとんど抵抗変化することなく安定した接続信頼性が得られた 第三次評価試験では Ag 系導電性接着剤 XA-5762HE を 金属結合型導電性接着剤 XM-5032HO を用いた XA-5762HE は 印刷性に方向依存性があり QFP 印刷が出来なかった FBGA 一般部品においては 概ね 2,000 サイクルまで良好な結果であった XM-5032HO に関しては QFP ではほとんど サイクルまでは安定し FBGA もほとんど問題なく 一般部品に関しては全く問題なく非常に安定していた BGA は熱応力による反りの影響で実装が出来なかった 第四次評価試験では セラミック基板を用いた実験で Ag 系導電性接着剤 XA-5617 金属結合型導電性接着剤 XM-5034HO を用いた 両接着剤とも 半導体パッケージでは安定した接続信頼性は得られなかった 一般部品では 1,500 サイクル以上においても安定していた 第六次評価試験ではセラミック基板にセラミック部品の実装を行った Ag 系導電性接着剤 XA-5617 を用いた BGA と LGA の両方とも 500 サイクル以上において良好な接続信頼性を示していた 研究開発の成果 (A)260 以上の耐熱接続に耐え得る材料の開発短時間のリフロー温度である 260 に耐える配合に関しては Ag 系 金属結合型ともに達成する事ができた (B) 抵抗値 Ωcm 以下を達成する材料の開発エポキシ系の樹脂を使った配合では Ωcm 以下の低抵抗を実現できる配合を見出した 金属結合型では原理的に実現できない 19

76 記載要領 (C) 材料 プロセスの最適化技術の開発メタルマスクでの印刷性は改良できた しかし パッケージの反りに伴う断線などはまだ散見される 金属結合型では一般部品は非常によい結果が得られた ただ そりが問題になる部品ではプロセスの低温化が必要である (D) 接続相性問題の解決 Ag 系接着剤の Sn メッキとの相性は自社内の実験で 1,000 時間程度 OK となっている 金属結合型接着剤は非常によい相性が得られている 表 4 プロジェクト目標にタイする各実績 項目 目標 SnAgCu 樹脂名 樹脂名 樹脂名 特徴 はんだペースト 金属結合型 Ag 系 ナノ Ag 系 組成 ベース樹脂導電粒子 SnAgCu エポキシ熱硬化性フィラー エポキシ Ag フィラー ナノ Ag フィラー 硬化条件 180 /5min 260 /6min 240 リフロー 分 分 25 接着力 (MPA) 体積抵抗率 (Ωcm) QFP(SnBi) 1106 >1000 数サイクル QFP(SnPb) 1011 >1000 数サイクル 特性 耐 TCT 性 (cyc) BGA FBGA チップ部品 1000 (-40~125 ) >2647 数サイクル >1000 >2000 数サイクル >1000 >2000 PKG+ 部品 / セラミック基板 1000 (-40~150 ) >1000( 部品 ) <300( その他 ) >1000( 部品 ) <500( その他 ) 耐吸湿性 (h) (85 /85%) 2000 >2000 >2000 ( 一般部品 ) >1000 ( その他 ) >2000 (FBGA 一般部品 ) <400 ( その他 ) 印刷性 L/S(μm) 日立化成工業株式会社 ( 助成 )12 ナノ構造制御高機能導電性接着剤の開発 1 高機能材料開発 有機材料及びナノ/ マイクロ金属粒子からなる高機能接着剤の設計 開発表面実装用導電性接着剤の実装信頼性の向上を目的として 高 Tg エポキシ樹脂の適用化を進めた その結果 導電粒子として低融点金属及び複合金属粉を併用し 高 Tg エポキシ樹脂系に高活性フラックスを適用した導電性接着剤は せん断接着力が 63MPa で 体積抵抗率が 1.4x10-5 Ω cm となり はんだと同等の特性が得られることが分かった また ダイボンド用導電性接着剤の熱伝導率向上を目的として ナノ銀粒子の適用化を検討した結果 熱伝導率が 56W/mK となり 良好な熱伝導性を有することが分かった さらに上記で設定した導電性接着剤 (HC-X301H2) を用いた実装信頼性評価 ( 耐 TCT 性 耐吸湿性 耐高温放置性 ) を行った その結果 有機基板での実装評価においては いずれの信頼性項目においても SnAgCu と同等以上の実装信頼性を有することが分かった その一方で セラミック基板での耐 TCT 性は SnAgCu と比較し劣ることが分かった 20

77 記載要領 2 実装技術開発 低温短時間硬化及び微細印刷性硬化剤およびベース樹脂の配合最適化による硬化時間低減を検討した その結果 ベース樹脂として 高反応性エポキシ樹脂を用い 高融点の硬化触媒を用いることで 150 /10 分のリフロー炉での硬化が可能で 体積抵抗率 1.4x10-5 Ω cm を達成できることが分かった また 導電粒子の粒子径 形状を制御することによって ライン / スペースが 100μm/100μm まで ダレ にじみなく印刷できることが分かった 表 5 表面実装用導電性接着剤の特性 項目目標 SnAgCu HC-X202 HC-X301H2 特徴 Ref. 従来品 低融点金属系 ヘ ース樹脂 ( フラックス ) エホ キシ系 高 Tgエホ キシ / フラックス 組 成 導電粒子 SnAgCu 複合金属粉 特性 低融点金属粉複合金属粉 硬化条件 180 /5min 260 /6min 200 /10min 150 /10min 25 接着力 (MPa) 体積抵抗率 Ωcm x x x10-5 耐 TCT 性 (cyc) QFP(SnBi) QFP(SnPb) BGA 2398 > (-40~125 ) CSP チッフ 部品 > >2548 PKG, 部品 / セラミック基板耐吸湿性 (h) (85 /85%RH) 耐高温放置性 (h) / セラミック基板 1000 (-40~150 ) >1364( チッフ ) <1000( その他 ) 2000 > (150 ) - BGA:982 その他 :>2000 ーー >1364( チッフ ) <100( その他 ) いずれも >3996 いずれも >2000 印刷性 L/S(μm) 表 6 ダイボンド用導電性接着剤の特性 項目目標高温はんだ HC-X600 HC-X800 HC-X720 特徴 Ref. 高温高接着性 高熱伝導性 ( ナノ銀 ) 作業性特性ハ ランス良 組ヘ ース樹脂 ( フラックス ) 高 Tg 樹脂エホ キシ / アクリル / 溶剤エホ キシ / アクリル / 溶剤成導電粒子 95PbSn 従来銀ナノ銀高充てん銀基粘度 (Pa s) 本熱伝導率 特 (W/mK) 性 260 接着力 (MPa) ナミックス株式会社 ( 助成 )12 1 高機能材料の開発 耐マイク レーション性に優れた導電性接着剤 21

78 記載要領 耐マイク レーションを達成できる導電性フィラーについては AgSn 系の導電粒子系を開発した この導電粒子を用いて作製した導電性接着剤でアルミナ基板上へ対向電極を形成して試験を行った その結果 今回の検討における標準材料である Ag 系導電性接着剤では非常に短時間でテ ント ライトが生成して電極間が短絡してしまったのに対して 開発した AgSn 系導電性接着剤では 非常に高い電圧を印加した試験においても 短絡の原因となるテ ント ライトの生成はみられなかった 結果を以下に示す 標準材料 耐マイク レーションタイフ 図 14 ウォータードロップ法によるマイグレーション評価上段が標準材料 下段が Ag-Sn 系 これらの結果は 高精度な実装技術に有効であると思われる 高熱伝導 低抵抗な導電性接着剤 高熱伝導性については 30W/m K を目標に検討を行ったが 20W/m K までしか達成できなかった これについては継続で検討を行っている 10-5 Ω cm オータ ーの低抵抗率が安定に得られる材料開発については 導電性フィラーの充填状態をより緻密になるような形状にすることで達成した これは鉛フリーはんだの抵抗率よりも低い値を示していた また ファインな粒径で適切な粒度分布をもつ Ag フィラーを用いることで 50μm 回路の形成が可能であった これは 50μm 幅 / スヘ ースに対応できる導電性接着剤の可能性を示唆している 50μ 50μ 図 15 ファインパターン対応性のラインの例右は拡大図 22

79 記載要領 260 以上の耐熱接続に耐え得る材料の開発 様々な樹脂系で Ag 系導電性接着剤を作製して リート フレームへ TEG チッフ を実装して 260 での高温温度下での剪断強度を測定して評価した 検討の結果を以下に示す での接着強度 (N) 標準品樹脂系 1 樹脂系 2 樹脂系 3 樹脂系 4 図 での高温下接着強度 耐熱性を有する骨格や基材表面の材質に対して接着性が良好な構造を設計することで 標準品に比べて 3 倍以上の高温強度が得られることが分かった また その時の破壊モート は リート フレームと TEG チッフ の界面剥離 から 導電性接着剤の凝集破壊 へ変化していることも分かった 図 でリード剥離した基板側の面左 : 標準導電性接着剤右 : 開発品 2 材料フ ロセスの最適化技術開発導電性接着剤のメリットの一つである 低温実装性について主に樹脂系と硬化触媒に関して検討を行い 目標の 130 実装が可能な接着剤材料の開発ができた リフロー炉での硬化ではチッフ 部品の接続抵抗値が安定しなかったが ホ ックス炉で硬化させることで 非常に抵抗値が安定することを見いだした これは 耐熱性が乏しい部品や基材への応用に向けて非常に有効であると期待される 23

80 記載要領 1.0E+04 接続抵抗値 [mω] 1.0E E E+01 BOX 炉 130 /20min リフロー炉 In-Out 10min ( 130 /5min) 図 18 チップ部品を基板実装したときの接続抵抗へ及ぼす実装路の影響 タムラ化研株式会社 ( 助成 )12 低融点金属含有による導電性接着剤機能改善 (A) 接続相性問題の解決図 1 に 85 /85%RH 放置による接続抵抗値の変化を 図 2 に-30/80 の冷熱衝撃試験による接続抵抗値を示す Sn めっき部品の実装を行う際に Ag 系の導電材料を使用した場合 マイグレーション 内部電池による抵抗値上昇などの問題が懸念される そこで Ag を使用しない導電性接着剤ということで SnBi はんだを導電材料とすることによって Sn めっき部品の実装において非常に安定した特性を得ることが可能となった Ag 系導電性接着剤 SnBi 系導電性接着剤 導通抵抗値 (Ω) 導通抵抗値 (Ω) Ag 系導電性接着剤 SnBi 系導電性接着剤 時間 (h) 図 /85%RH 放置での導通抵抗値 時間 (h) 図 20-30/80 放置での導通抵抗値 (B)260 の耐熱接続に耐え得る材料の開発耐熱性の高い樹脂を接着剤成分に使用して 260 の高温にも耐え得る導電性接着剤の検討を行った 評価方法は 基板に SnBi 系導電性接着剤を塗布し 160 /6 分で硬化を行った後に 30 /60%RH の環境下で 125 時間放置を行なった 放置後の基板を 260 ピークの SnAgCu ソルダーペースト用リフロープロファイルにセットしたリフロー炉で 4 回までリフロー加熱を行い せん断強度 接続抵抗値 24

81 記載要領 を測定した なお せん断強度は 1608CR 接続抵抗値は 0603CR の 0Ω 抵抗品の回路抵抗で測定した 耐熱性の高い樹脂を使用した SnBi 系導電性接着剤 TCAP の評価結果を図 3 に示す 結果としては 再リフロー回数において接続抵抗値に差は見られなかった さらに せん断強度についても再リフローの影響を受けなかったことから TCAP は 260 の耐熱性を有することが分かった せん断強度 (N) CR せん断強度 0603CR 抵抗値 接続抵抗値 (Ω) 初期 吸湿後 再リフロー 1 回 再リフロー 2 回 再リフロー 3 回 再リフロー 4 回 図 21 吸湿後再リフロー時の特性 (C) 材料 プロセスの最適化の開発 1 硬化条件開発初期品の TCAP は 160 /6 分という硬化条件であり 目標値である 150 /5 分の硬化条件では十分な特性を得ることができなかった そこで エポキシ樹脂の高純度化 耐湿性アップ等の改良を行った 改良品である TCAP の硬化条件とせん断強度の関係を図 4 に 絶縁抵抗値の関係を図 5 に示す せん断強度については十分目標値を超える値を示した また 絶縁抵抗値についても目標である 150 /5 分の硬化条件で十分な特性を得ることが可能となった E+10 せん断強度 (N) 加熱 160 加熱 170 加熱 180 加熱 200 加熱 絶縁抵抗値 (Ω) 1.0E E E E 加熱 160 加熱 170 加熱 180 加熱 200 加熱 硬化時間 ( 分 ) 図 22 硬化時間とせん断強度 1.0E 硬化時間 ( 分 ) 図 23 硬化時間と絶縁抵抗値 25

82 記載要領 2 連続印刷性連続印刷時におけるブリッジ発生までの印刷枚数を表 1 に示す TCAP は 連続印刷性やファインパターンなどの印刷性が非常に悪かった そこで 粘度 チクソ 流動安定性を改善する事で ソルダーペーストと同等以上の印刷性を有することができた 表 7 ブリッジ発生までの印刷枚数 ランド幅 (mm) ギャップ (mm) TCAP TCAP TLF TLF-204 -MDS (D) 抵抗値 Ω cm 達成する材料開発金属分散型導電性接着剤は 導電粉末同士 導電粉末と電極との接触により導電性を得るため 接触抵抗などにより導電粉末に使用している金属自身の抵抗率よりも高い抵抗率となる 一方 SnBi 系導電性接着剤ははんだ接合であるため 抵抗率は金属材料の抵抗率と同じとなる しかし 導電材料に使用している Bi の抵抗率は 10-4 Ω cm と他の金属と比較しても高いため Bi の多い Sn58Bi はんだ合金の抵抗率も Ω cm 以上と Ag や高温鉛はんだよりも高い値を示す ( 表 2) そこで 導電材料に SAC を使用することで 目標の抵抗値を達成することが可能となった 表 8 金属 はんだ合金の抵抗率 金属 / はんだ合金 抵抗率 (Ω cm) Sn Bi Pb Sn90Pb Sn58Bi Sn3Ag0.5Cu (E)150 の信頼性試験に耐え得る材料開発 SnBi はんだの融点が 139 と低く SnBi 系導電性接着剤を使用した基板を 150 の信頼性試験に投入すると はんだの融点以上の温度が長時間かかるため 組織の肥大化 クラック等の影響によりせん断強度が低下する 150 の信頼性を得るためには 150 で溶融しないはんだ合金を使用した導電性接着剤が必要となる そこで SnAgCu 系はんだ合金を用いた導電性接着剤を検討した セラミック基板による信頼性を比較したところ SnAgCu はんだに対する優位性が見られた しかし チップ部品に関しては信頼性試験 1000 時間経過でも問題ないが 大型部品は目標の 1000 時間に達する前に導通抵抗値の上昇が確認された 原因としてセラミックス基板 - 樹脂パッケージの熱膨張差によるひずみが考えられる 今後の課題としてセラミックス基板 -セラミックスパッケージを使用するなど外因を排した形での評価 SnAgCu 系導電性接着剤の接着剤成分の耐熱性向上 応力緩和などが挙げられる 26

83 記載要領 (F) 熱伝導率 50W/m K を達成する材料はんだ系導電性接着剤は部品 -ランド間を金属結合にて接続しているため 使用しているはんだ組成によって熱伝導率が決定する はんだ合金の熱伝導率を表 3 に示す SnBi はんだでは目標を達成することはできないが SnAgCu はんだを使用した導電性接着剤を開発することで 目標の熱伝導率が達成される 表 9 はんだ合金の熱伝導率はんだ合金熱伝導率 (W/m K) SnAgCu 55 SnBi 21 SnPb 50 (G)SAC 系導電性接着剤 150 の信頼性 抵抗値 Ω cm 以下 50W/m K 以上の熱伝導率に関しては SnBi 系である TCAP では達成することができないので SAC 系導電性接着剤の開発を行った SnAgCu 系ははんだの融点が高くなるため 接着剤の材料選定が必要となる 特にはんだが溶融するまで硬化が始まらないで 溶融後に素早く硬化する必要がある 現在はんだの溶融 樹脂の流れ出し 樹脂の硬化という一連の基本システムは確立することができた 今後は基本物性 作業性 信頼性の向上を目指す (H) まとめ Sn42Bi58 はんだとエポキシ系熱硬化性接着剤との組み合わせによる新規導電性接着剤は はんだ付けと接着剤の硬化を同時に行うことが可能な導電性接着剤である また 使用する際の印刷機 マウンター リフロー炉などは既存のソルダーペースト装置で利用可能である ソルダーペーストと比較した場合 VOC フリーに加えて無洗浄で使用することができると言う特長がある 260 再リフローの耐熱性があるため 導電性接着剤による実装基板を SnAgCu ソルダーペーストで実装することも可能となる 硬化後は最高で 125 までの信頼性試験であれば問題なく使用できる ただし SnBi 系導電性接着剤の問題点としては SnBi はんだの融点温度以上の高温放置 冷熱衝撃試験で接合強度が得られなくなる 抵抗率が SnAgCu や SnPb 接合より高い 熱伝導率が低いという点が挙げられる これらの問題点は SnAgCu 系導電性接着剤により解決することが可能となり 基本物性については使用できるレベルに達している 今後は作業性と信頼性について評価し 必要に応じて改善していく予定である エスペック株式会社 ( 助成 ) 1 各種環境ストレス条件における信頼性技術開発 1-1 信頼性評価方法の検討導電性接着剤などの材料の劣化は 故障判定が容易な機器とは異なり 徐々に機能が低下してある限界以上になると故障を引き起こす よって 故障判定条件を明確にするとともに その環境ストレスと判定方法 ( 測定方法 ) を検討する必要がある そこで 導電性接着剤を用いた実装基板の各種環境ストレス条件下における 故障メカニズムから信頼性試験方法および評価機器を検討した 本研究に用いた導電性接着剤は 特殊な添加剤を除き導電性フィラとして銀紛 樹脂成分としてエポキシ樹 27

84 記載要領 脂 反応性希釈剤 硬化剤としてはイミダゾール系材料とした標準的な材料組成を 本事業に参画した材料メーカが共同で開発したもの用いている 試験方法は従来のはんだ接合試験規格を引用し 接続性評価として高温 低温試験 高温高湿試験 温度 ( 熱 ) サイクル試験などを実施し 試験中の抵抗値変化と接着強度変化を確認している また 絶縁性評価は 脱イオン水滴下法と高温高湿バイアス試験 高度加速耐湿性評価試験 (HAST) などを実施した 試験後のサンプルは表面観察, 断面観察および元素分析を行い故障部位の特定と故障メカニズムを検討した 1-2 接続信頼性評価方法および機器の開発図 1 に評価試料および接続信頼性試験方法 機器を示す 導電性接着剤で最も基本となる性能が電気的導通である そのため 微小な抵抗値変化特性を検出するため 4 端子法を用いた微小抵抗計とスキャナを用いた自動測定装置を開発し試験環境下で接合部の抵抗値変化を連続してとらえ その抵抗値の増加をクラック発生の代用特性として評価している 図 2 に代表的特性として高温高湿試験 および温度サイクル試験中の電気的特性と機械的特性の経時変化を示す 特徴的なのは 電気的特性の場合 金めっきサンプルでは 抵抗値が安定に推移するのに対し スズめっきサンプルでは導通抵抗の急激な増加と低下を繰り返す現象である 試験後の断面観察による界面 EPMA 分析の結果 スズめっき層界面付近に酸化物層や微小なクラックを形成していた その他の評価結果も含め 導電性接着剤実装の接続信頼性評価法について 試験の再現性や測定感度 加速性 実際に評価実施時の簡便性などの指標をもとに その特徴を表 1 にまとめている 導電性接着剤実装は 耐熱性は高いが 部品表面処理によっては湿度や熱サイクルに対して弱いと言える さらに 評価測定技術として重要なことは 機械的特性劣化より早い段階で電気的劣化が見られることから 従来のはんだ接合のように機械的特性のみで寿命を解釈するのでは無く 電気的特性も同時に確認して寿命を総合的に判断する必要がある 図 24 接続信頼性評価方法 28

85 記載要領 図 25 接続信頼性評価結果 表 10 主な接続信頼性評価法の結果とその特徴 29

86 記載要領 1-3 絶縁信頼性評価方法および機器の開発導電性接着剤の実用化に対する課題の中から, 絶縁信頼性に影響を及ぼすイオンマイグレーションの評価は重要である 図 3 は 評価に用いた評価試料と開発した評価機器 図 4 に評価結果を示す 簡易試験法では基板表面にデンドライト状 ( 樹脂状 ) の金属, あるいはその酸化物が析出している 元素分析結果 この析出物の主成分は銀であった このことから 導電性接着剤中の銀フィラと水が溶解反応し 対極電極に銀イオンが移行しマイグレーション発生に至ったと考えられる 高温高湿バイアス試験では 試験開始より徐々に絶縁抵抗が低下する傾向にある 一方 銅パターンは徐々に上昇し安定している 導電性接着剤の絶縁抵抗値が徐々に低下する要因として 樹脂への吸湿とイオン成分の移動が考えられる 評価後の観察結果から プラス電極からマイナス電極に銀のデンドライト状析出物が確認された これは 吸湿した水分によってエポキシ樹脂が分解し 金属フィラのイオン化を促進したと考えられる 以上の結果を踏まえ 表 2 に絶縁信頼性評価法とその特徴をまとめた 脱イオン水滴下法は 導電性接着剤のマイグレーションのしやすさなど材料の相対的比較が行える一方 市場における故障状況を反映するとは限らない 高温高湿バイアス試験と絶縁抵抗測定の組み合わせは 外部からの侵入した水分による絶縁劣化を絶縁抵抗値の変化量で定量的に評価可能である 評価方法としては 電気的特性と合わせ評価後の観察も行い寿命を判断する必要がある 図 26 接続信頼性評価方法 30

87 記載要領 図 27 接続信頼性評価結果 表 10 主な接続信頼性評価法の結果とその特徴 31

88 記載要領 1-4 複合信頼性評価機器の開発成果前述の信頼性基準として検討した結果 高温高湿試験と温度サイクル試験が導電性接着剤の接続相性を判断する試験として有効であることがわかっている 故障メカニズムは 吸湿による接続界面の酸化 または熱疲労による界面剥離と推定される この故障メカニズムは 接続相性が非常に悪いスズめっき電極に固有であり 金フラッシュめっき電極に関しては電気的劣化が検出されていない したがって 導電性接着剤の全ての故障モードを抽出できるとは言えず 試験方法として十分ではない そこで これまで得られている知見を基にして 導電性接着剤特有の実装信頼性試験方法と装置の開発を行った 図 5 に開発した複合信頼性評価機器の仕様と開発した装置構成を示す 図に示すように高温高湿運転の後に温度サイクル運転を繰り返す運転プロファイルを想定しているが 温度サイクル試験を先に行うことも可能である この開発装置において 信頼性基準で検討した一定の環境ストレス試験項目だけでなく さらに 高温高湿運転の温湿度条件と時間 温度サイクル試験の高温 低温温度とサイクル数など無数の組み合わせ試験を行うことが可能となった 信頼性評価機器仕様 運転方式モート 1: 高温高湿試験運転 ( 条件 :85 /85%) モート 2: 熱サイクル試験運転 ( 条件 :-40 /+125 ) モート 3: 組み合わせ試験 ( 湿度試験 + 温度サイクル試験 ) 性能 (1) 高温高湿試験温湿度上昇時間 : 25 /50% 85 /85% 90 分以内温湿度下降時間 : 85 /85% 25 /50% 90 分以内温湿度変動幅 : ±1 ±5% (2) 温度サイクル試験温度上昇時間 : -40 ~ 分以内温度下降時間 : 150 ~ 分以内 運転プロファイル 開発装置 温度サイクル槽 テストエリア ダンパーユニット 湿度発生槽 樹脂への吸湿 繰り返し熱疲労 図 28 信頼性評価機器の開発仕様と開発した装置構成 2 熱特性評価方法の開発 2-1 熱特性評価方法の検討図 6-(a) に導電性接着剤の実装状態を模擬した熱抵抗の測定法を示す 本技術開発は 導電性接着剤の実装状態の熱特性測定を想定しているため 導電性接着剤で接着したサンプルを対象とした 被接続対象は熱伝導率が高い銅を使用し 温度を検出するために図に示すような段差を持つ形状とした 温度測定は 接触方式として熱電対 非接触方式として赤外線カメラの2 種類を使用した ヒーターの熱量は ヒーター電力で規定した 32

89 記載要領 現状の課題として おおきく 2 つに分けられる 一つは測定法の最適化 二つ目にサンプルの作製方法の最適化である 本測定法は 熱流束を直接測定する方法ではないため 熱量が投入電力よりも小さくなることが誤差要因として考えられる また 単純な一次元定常熱伝導のモデルで表されるものではないため それを考慮した計算法や測定条件を決定する必要がある 具体的な測定条件としては 放熱の影響を最小にする断熱や 適切な熱伝導を得るための接触方法 ( 荷重 ) の検討が必要となる また 冷却による結露の問題なども検討しなくてはならない 2-2 評価機器の開発と課題解決方法そこで これら課題を解決するため 真空中で測定可能な評価装置の開発を行った 測定中の放熱の影響を小さくすることと 冷却プレートによる結露をなくす目的で 低真空または乾燥ガスの置換が可能な密閉の測定空間を構成した また 赤外線カメラによる測定 ( 測定波長 :8~14μm) を可能とするため ゲルマニウム ( 透過波長 :1.8~23μm) を窓材に使用した また 本評価機器は熱電対 ( 接触方式 ) と赤外線カメラ ( 非接触方式 ) による同期した測定が可能である 図 6-(b) にリファレンス材料として試料を模擬した銅板を用いた場合の熱伝導率の測定結果を示す その結果 熱伝導率は 銅の真値 ( 熱伝導率 372 W/ mk) に対して大きな差異が生じる結果となった この差異の要因を熱解析した結果 1 実測点と本来測定すべき点 ( 試料中心点 ) での温度差の違いが 測定結果 ( 熱抵抗および熱伝導率 ) に差異が発生する一因となった 2 正確な熱抵抗および熱伝導率を算出するには実測値を補正する必要がある 3 厚さ 0.1mm 試料において 熱伝導率 1 W/mK 以上では エッジ部での測定結果は真の値から外れ 10% 以上低下する という結論を得た これらの結果を踏まえ 新たな測定法として一方向熱流定常比較法 ( 試験ブロック接着方式 ) の検討している この測定方式における解決すべき課題としては 主に サンプル作成方法の規定 測定誤差の低減 計測アルゴリズムの開発 の 3 点を考慮し技術開発を継続して行っている 図 29 熱特性評価方法および機器と測定結果 33

90 記載要領 3 開発成果のまとめ高温鉛はんだ材料として導電性接着剤の信頼性評価として 接続性 絶縁性 熱特性を確保するための評価方法および評価機器を開発した結果 以下の結論を得た (a) 導電性接着剤実装の接続信頼性評価として温度サイクル試験および高温高湿試験は 部品表面処理の導通不良など故障寿命や潜在的な欠陥 問題点を確認する標準的試験方法として有効である (b) さらに 接続信頼性評価方法として環境試験中の電気的特性 ( 抵抗値 ) の連続測定は 非破壊的に接続状態変化の代用特性として捉えるパラメータとして有効である (c) また 接続信頼性評価方法として 界面抵抗測定法は高温高湿試験における接続界面の酸化現象を電気的に検出する方法として有効である (d) 導電性接着剤の絶縁性評価として標準試験法 ( 高温高湿試験法 ) は マイグレーションの発生 成長および温度や湿度等の各条件依存性 加速性などが定量的に把握できる (e) 新たに開発した複合信頼性評価機器は 一定の環境ストレス試験だけでなく 無数の組み合わせ試験を行うことが可能となった 今後 多くの試験データを取得し導電性接着剤特有の試験方法の開発する (f) 新たに開発した熱特性評価方法 機器の課題と解決方法が明らかになった 米国の JEDEC 法に置き変われる可能性はある ただし 未だ十分なデータは取得出来ていないため 今後の更なる試験方法 装置の改良のための技術開発を継続する 日本電子部品信頼性センター ( 助成 )3 成果の概要全体として概ね当初の目標である各評価試験の基礎データの取得と基本技術の確立は達成できた 但し 主に各社の導電接着剤の開発を援助するための評価試験を実施してきたため 加速性の確認は出来たが条件を振った加速寿命検証までは出来ていない 費用等もあるのでペーストを絞り込んで実施していきたい これらの評価方法が確立され業界規格または国際規格になれば電子機器の微細化と平行して市場が拡大されることが期待される 特許の取得はないが RCJシンポジウム等で成果を普及啓蒙していきたい (1) 高温 高湿 温度急変信頼性評価法の確立 1 高温試験通常はんだ接合で行われている 125 /1000h では劣化傾向は見られず 2000h まで延長して行った結果 樹脂系で劣化傾向が確認された また 150 では劣化傾向が顕著になることを確認した 金属結合系では導通抵抗は150 でも殆ど変化しないことが確認された 但し 金属結合系では接合強度が時間と温度上昇により低下していくことも確認した これらから評価パラメータを選択することにより温度加速が可能であることを確認した 34

91 記載要領 表 12 第 1 次評価試験結果 第一次評価試験結果 : 抵抗変化なし ( 抵抗値減少含む ) : 変化なし : 抵抗増加傾向 : 微少な低下傾向 :openあり : 顕著な低下傾向 高温試験 (125 )2000h 測定 : 初期 500h 1000h 2000h A,C: 樹脂系 B,D: 金属結合系 導通抵抗モニター試験 強度試験 部品名 A B C D A B C D 1LQFP(42Alloy-SnBi) 半導体 2LQFP(42Alloy-SnPb) 3BGA 4FBGA 1608R 3216R 一般部品 3216C 3528Ta 導通抵抗値 (Ω) A A1-1-2 A1-2-1 A1-2-2 A1-3-1 A 時間 (h) 図 30 第 4 次評価セラミック基板実装の高温試験 (150 ) における導通抵抗の推移 LQFP(Cu-SnBi) 1000 B-1-1 B-1-2 B-2-1 B B-3-1 B-3-2 導通抵抗値 (Ω) 時間 (h)

92 記載要領 図 31 第 4 次評価セラミック基板実装の高温試験 (150 ) における導通抵抗の推移 LQFP(Cu-SnBi) 2 高温高湿試験一般的に行われている加速条件である 85 /85%RHにおいて一部実装状態が不良のものを除いて樹脂系で導通抵抗が増加する劣化傾向が確認された 金属結合系では 110 /85%RHでも全く劣化しないことを確認した また相対湿度を一定にして温度を 60 にしたときの 85 との加速性を確認した 但し 60 の場合は open となるのに 4000 時間を要することも確認した LQFP BGA 湿度試験 (85 85%) 連続導通抵抗の推移 LQFP(42SnBi) HC- XH 湿度試験 (85 85%) 連続導通抵抗の推移 BGA XH 抵抗値 (Ω) A 4B 5A 5B 6A 6B 抵抗値 (Ω) A 4B 5A 5B 6A 6B 1 FBGA 時間数 (h) R 時間数 (h) 湿度試験 (85 85%) 連続導通抵抗の推移 FBGA XA5617 湿度試験 (85 85%) 連続導通抵抗の推移 1608R XH 抵抗値 (Ω) A 2B 2C 2D 2E 2F 2G 2H 2I 抵抗値 (Ω) A 8A 9A 10A 11A 12A 時間数 (h) 時間数 (h) 図 30 湿度試験 (85 /85%RH) における導通抵抗測定結果 (2000h) 累積不良率 F (%) /85%RH 85 /85%RH 時間 (h) 図 31 湿度検証温度条件比較 FBGA(XH ) 累積不良率 lnln(1/1-f(t)) 導通抵抗値 (Ω) 時間 (h) 図 32 湿度試験 (110 /85%RH) 導通抵抗の推移 LQFP(SnBi) 36

93 記載要領 3 温度急変試験 ( 温度サイクル ) 通常はんだ接合で行われている -40/125 の条件で一般部品以外は劣化が確認された 導電接着剤の違いは顕著で接合する部品端子形状 めっきの種類で異なる 温度による加速も顕著であり温度の変化は導電接着剤の種類で異なることを確認した 試験法作成の際は温度だけではなく温度の変化速度も重要であることを確認した 抵抗値 (Ω) 温度サイクル (-40/125 ) 導通抵抗の推移 QFP(42SnBi) HC-X301H A 低温 1A 高温 1B 低温 1B 高温 2A 低温 2A 高温 2B 低温 100 2B 高温 3A 低温 3A 高温 3B 低温 3B 高温 抵抗値 (Ω) 温度サイクル試験 (-40/125 ) 導通抵抗の推移 BGA HC-X301H 1A 低温 1A 高温 1B 低温 1B 高温 2A 低温 2A 高温 2B 低温 2B 高温 3A 低温 3A 高温 3B 低温 3B 高温 サイクル数 サイクル数 抵抗値 (Ω) 温度サイクル試験 (-40/125 ) 導通抵抗の推移 FBGA XA サイクル数 1A 低温 1A 高温 1B 低温 1B 高温 1C 低温 1C 高温 1D 低温 1D 高温 1E 低温 1E 高温 1F 低温 1F 高温 1G 低温 1G 高温 1H 低温 1H 高温 1I 低温 1I 高温 抵抗値 (Ω) 温度サイクル試験 (-40/125 ) 導通抵抗の推移 3216R XH サイクル数 1B 低温 1B 高温 2B 低温 2B 高温 3B 低温 3B 高温 4B 低温 4B 高温 5B 低温 5B 高温 6B 低温 6B 高温 図 33 温度急変 (-40/125 ) 導通抵抗測定結果 (1000/2500 サイクル ) FR FR セラミック A B C D Sn3Ag0.5Cu 2 1 累積不良率 F (%) 累積不良率 lnln(1/1-f(t)) 累積不良率 F (%) 累積不良率 lnln(1/1-f(t)) 時間 (t) 図 34 温度サイクル加速検証 LQFP(Cu-SnBi) HC-X301H サイクル 図 35 第 4 次評価温度サイクル試験セラミック ( 導通抵抗モニター ) -40/150 LQFP(Cu-SnBi) 37

94 記載要領 ペースト比較 累積不良率 F(t) (%) A1 B C A1(JEDEC) B(JEDEC) C(JEDEC) 累積不良率 lnln(1/1-f(t)) 累積不良率 F(t) (%) A A1 B C D 3Ag 累積不良率 lnln(1/1-f(t)) サイクル数 ( 回 ) 故障時間 ( サイクル ) 図 36 第 2 次試験サンプル温度サイクル試験 (-40/125 JEDEC 比較 JEDEC 検証 (11 /min) 導通モニター LQFP(42Alloy-SnBi) 急変 分 30 分 11 min(jedec) 分 15 分 15 分 15 分 図 38 2 種類の試験パターン 38

95 記載要領 (2) イオンマイグレーション評価法の確立マイグレーション試験は一般的に行われている高温高湿雰囲気で行った 試験条件は 85 /85%RH (DC50V 印加 ) でくし型基板に導電性ペーストを印刷して行った 想定どおり Ag を用いたものに発生することを確認した 通常 判定基準は Ω より小さい抵抗値になったときに故障と判定するが導電接着剤の場合は Ω の手前で止まってしまうケースもあり 2 乗落ちで判定してもワイブル解析が可能であることを確認した また メカニズム解明 データの解析 観察方法の基本技術を確立した 絶縁抵抗値 (Ω) 1.0E E E E E E+06 絶縁抵抗モニター 時間 (h) 累積不良率 F(t) (%) マイグレーション試験 0.318/ 判定銅パタン有ペースト比較 HC-X301H 累積不良率 lnln(1/1-f(t)) 図 39 マイグレーション試験結果例湿度試験 85 /85%) 試験時間 (h) Ag 透過法観察 SEM 観察 図 40 Ag の典型的なマイグレーション確認された例 39

96 記載要領 (3) 界面抵抗測定試験法の確立法の確立今回新たに提案された方法でペーストを印刷するパターンについては線幅によって結果が異なることから検討を要する 測定方法に関しては 4 端子法を用いた方法で基本的な技術を確立した データ解析についてはグラフの傾きにより一目で確認する方法を確立した 今回特異な Ni 界面の解析については東北大学多元物質科学研究所進藤研究室川本氏に依頼して行った 現在も解析中である 表 13 第 2 次評価試験の結果 ( : 抵抗変化なし : 抵抗増加傾向 : オープンあり ) 抵抗測定パターン 抵抗測定パターン 抵抗測定パターン 温度サイクル (-40/125 ) 抵抗値測定試験 2000サイクル ペースト L=8.0mm L=0.5mm L=8.0mm L=8.0mm 基板表面処理 A1 A1 A2 C 4Cu-OSP 2Cu-Au( 電解めっき 3Cu-Ni Cu-Sn( 電解めっき 高温試験 (125 ) 抵抗値測定試験 2000h ペースト L=8.0mm L=0.5mm L=8.0mm L=8.0mm 基板表面処理 A1 A1 A2 C 4Cu-OSP 2Cu-Au( 電解めっき 3Cu-Ni 1Cu-Sn( 電解めっき 湿度 (85/85%RH) 抵抗値測定試験 2000h ペースト L=8.0mm L=0.5mm L=8.0mm L=8.0mm 基板表面処理 A1 A1 A2 C 4Cu-OSP Cu-Au( 電解めっき Cu-Ni 1Cu-Sn( 電解めっき

97 記載要領 温度急変 2000 サイクル前の試料 2000 サイクル後の試料図 42 EPMA による酸素 (O) の検出 Ag (4) 強度 衝撃評価法の確立 1 強度試験 QFP については各環境に放置したサンプルの引きはがし強度評価 一般部品については横押しせん断評価を行い各導電接着剤で実装された強度の基礎データを取得した 各社のペーストの種類により劣化傾向が異なることを確認した 特に樹脂系と金属結合系では傾向が異なることから試験法選択の際の指針を確立した 引きはがし強度 (N) QFP 高温試験引きはがし強度 (SnBi) TCAP 最大値平均値最小値初期 500h 1000h 2000h 引きはがし強度 (N) QFP 高温試験引きはがし強度 (SnBi) M705 最大値 平均値 最小値 初期 500h 1000h 2000h LQFP 高温試験 (125 ) 引き剥がし強度 金属結合系においてはんだと同様に劣化が確認された例 累積破壊確率 F(t) (%) XA5617 XM5003HE HC-X301H XH TCAP N1 M 累積破壊確率 lnln(1/1-f(t)) 引きはがし強度 (N) 41

98 記載要領 QFP 温度サイクル引きはがし強度 (SnBi) XA5617 QFP 温度サイクル引きはがし強度 (SnBi) TCAP 引きはがし強度 (N) 最大値平均値最小値 引きはがし強度 (N) 最大値平均値最小値 0 初期 500 サイクル 1000 サイクル 2000 サイクル 0 初期 500 サイクル 1000 サイクル 2000 サイクル LQFP 高温試験 (-40/125 ) 引き剥がし強度 樹脂結合系と金属結合系の劣化傾向の違う例 累積破壊確率 F(t) (%) XA5617 HC-X301H XH TCAP N1 M 累積破壊確率 lnln(1/1-f(t)) 引きはがし強度 (N) 引きはがし強度 (N) QFP 湿度試験引きはがし強度 (SnBi) XA5617 最大値平均値最小値 引きはがし強度 (N) QFP 湿度試験引きはがし強度 (SnBi) XH 最大値平均値最小値 0 初期 500h 1000h 2000h 0 初期 500h 1000h 2000h LQFP 高温試験 (85 /85%RH) 引き剥がし強度 2 強度試験では劣化傾向が確認できない例 累積破壊確率 F(t) (%) XA5617 XM5003HE HC-X301H XH TCAP N1 M 累積破壊確率 lnln(1/1-f(t)) 引きはがし強度 (N) 図 43 加速により劣化が確認された例 ( せん断強度測定 ) 42

99 記載要領 2 落球試験今回 落下衝撃ではひずみが大きすぎるため落球試験 (10g の鋼球 ) で行い基板ひずみを計測することにより加速衝撃評価の基礎データを取得した 携帯機器等の落下衝撃は 1000μひずみ位とのデータからこの方法で十分加速が得られることを確認した また導電接着剤の特質もこのグラフにより一目で確認することが出来る 課題としては導電接着剤によっては衝撃力に弱いものもありデータがばらつくので強度を上げるに越したことはないがそれらに対応した衝撃力の印加方法を選択する手法を構築しなければならない 1500 y = Ln(x) 基板ひずみ (με) 基板ひずみ (με) 破断回数 y = Ln(x) 破断回数 図 45 QFN 落球試験 : 破断回数と基板ひずみ ( ペースト D) 43

100 記載要領 3.3 特許出願 論文投稿 研究発表などの成果普及 (1) 研究発表 講演平成 17 年度 発表年月日 発表媒体 発表タイトル 発表者 2005 年 10 月 14 日 エレクトロニクス実装学会第 1 5 回マイクロエレクトロニクスシ 高温用鉛フリーはんだZn-xSn とZn-30In 合金の微細組織と引 李在彦, 金槿銖, 菅沼克昭 ンポジウム, 大阪 頁. 張強度特性 ( 国内会議論文 ) 46 巻 11 号 2005 年 頁 Materials Transactions ( 日本金属学会欧文誌 ) Interfacial Properties of Zn Sn Alloys as High Temperature Lead-Free Solder on Cu Substrate( 学術論文 ) J.-E Lee, K.-S Kim, K. Suganuma, J. Takenaka and K. Hagio 2005 年 11 月 25 日 大阪大学接合科学研究所特別講演 研究集会 導電性接 導電性接着剤を用いた実装界面組織 ( 招待講演 ) 菅沼克昭, 井上雅博, 金槿銖 着のナノテクノロジーによる信頼性向上 大阪 2005 年 12 月 18 日 エレクトロニクス実装学会マイ 金属ナノ粒子ペーストによる微 菅沼克昭 クロファブリケーション研究会第 18 回公開研究会 東京 細配線技術の最前線 ( 基調講演 ) 2006 年 1 月 18 日 エマージングテクノロジー次に ナノテクノロジーと新たな配線 菅沼克昭 来るものは何か? 第 7 回半導体パッケージング技術展 東京 技術 ( 招待講演 ) 2006 年 2 月 13 日 エレクトロニクス実装学会ビル 鉛はんだの規制状況と内外の 菅沼克昭 ドアップ配線板公開研究会 東京 大型プロジェクトの状況 ( 基調講演 ) 2006 年 2 月 27 日 ニューマテリアル研究会 社 ) 滋賀経済産業協会 瀬田 鉛フリーはんだから新実装産業へ ( 招待講演 ) 菅沼克昭 2006 年 3 月 th TMS Annual Meeting & Thermal and Humidity Stability J.-E. Lee, K.-S. 日 Exhibition, San Antonio, TX of Zn-xSn and Zn-30In Alloys Kim, K. Suganuma ( 米国金属学会年会 ) as High Temperature Lead-Free Solder ( 国際会議発表 ) 平成 18 年 3 月 22 日本金属学会春季大会 口頭 ピエゾ駆動 2 探針を用いた導電 川本直幸 村上 日 発表 性 Ag ペーストの微細組織と電 恭和 進藤大輔 気抵抗の同時評価 金槿銖 菅沼克 昭 44

101 記載要領 平成 18 年度発表年月日 発表媒体 発表タイトル 発表者 平成 18 年 9 月 7 日 Proceedings of 16th Inte rnational Microscopy Co ngress,1512, 日本, 札幌,(20 Simultaneous measurement of conductivity and magnetism by using piezodriving Y.Murakami, N.Kawamo to, D.Shindo, 他 ), 口頭発表 doubleprobe holder developed for TEM 平成 18 年 5 月 Appl.Phys.Lett., 88(2006) Simultaneous measurements of conductivity and magneti sm by using microprobes an d electron holography Y.Murakami, N.Kawamoto, D.Shindo, K.Suganuma 平成 18 年 6 月 HDP06, International Conf Thermal Conductivity of Isotr M. Inoue, H. Muta, erence on High-Density Pa opic Conductive Adhesives C T.Maekawa, S. ckaging, Shanghai, (2006). 口頭発表 omposed of An Epoxy-Based Binder Yamanaka and K. Suganuma 平成 18 年 6 月 HDP06, International Conf erence on High-Density Pa ckaging, Shanghai, (2006). 口頭発表 Influential Factor in Determining The Thermal Conductivity of Isotropic Conductive Adhesives M. Inoue, H. Muta, T.Maekawa, S. Yamanaka and K. Suganuma 平成 18 年 9 月 Electronics Systeminteg Low/high Temperature Lead-f K. Suganuma 1st ration Technology Confere nce(estc2006), IEEE CPMT, Dresden, Germany, September 5-7, 2006 口頭発表 ree Soldering, Tin Whiskers and Next Steps Towards the Futur e(keynote) 平成 19 年 2 月 14 日 a ST/GSCロードマップ討論会 財団法人化学技術戦略推進機構 名古屋 口頭発表 鉛フリーはんだと導電性接着剤による実装の低温化 菅沼克昭 平成 18 年 12 月 未来材料 Vol.6, No.12(20 実装鉛フリー化の完遂 そ 菅沼克昭 06), pp の先の高付加価値化へ 平成 19 年 1 月 16 6th International IEEE Co Conductive Adhesives: Altern K. Suganuma 日 nference on Polymer and ative to High Temperature Sol Adhesives in microelectron ders and The Future(keynote) ics and Photonics, Tokyo, (2007), 口頭発表 平成 19 年 1 月 16 6th International Confer Microstructure and Conductivi N.Kawamoto, 日 ence on Polymers and A ty analysis of silver-based co Y.Muraka dhesives in Microelectro nductive adhesive by TEM w mi, D.Shindo, and nics and Photonics,101-1 ith double-probe piezo driving K.Suganuma 45

102 記載要領 04,(2007), 口頭発表 holder 平成 19 年 2 月 18 日 平成 19 年 3 月 29 日 6th International Confer ence on Polymers and A dhesives in Microelectro nics and Photonics, 口頭発表日本金属学会春季大会 口頭発表 平成 19 年 3 月 Mater. Trans., 48[3](2007), The GHz region characteristic of the BGA-printed wired b oard interconnection by condu ctive adhesives 電子顕微鏡法による導電性 A g ペーストの導電経路の評価 Thermal properties and phas e stability of Zn-Sn and Zn -In alloys as high temperatu re lead-free solder 大塚寛治 川本直幸 村上恭和 進藤大輔 菅沼克昭 Jae-Ean Lee, Keun-Soo Kim, Masahiro Inoue,Katsuaki Suganuma and Goro Izuta 平成 19 年度発表年月日 発表媒体 発表タイトル 発表者 平成 19 年 4 月 11 日 Symposium E: Pb-Free and RoHS-Compliant Materials and Zn-Sn and Zn-In High Temperature Lead-Free Katsuaki Suganuma, Jae-Ean Lee and Processes for Microelectronics, Solders Keun-Soo Kim 2007 MRS Spring Meeting, San Francisco, 口頭発表 平成 19 年 5 月 日本接着剤学会誌 Vol.43 No.5(2007), pp 総説発表 導電性接着剤の新たな方向 ~ はんだ代替 さらに Printed Electronics へ~ 平成 19 年 5 月 日本接着剤学会誌 Vol.43 導電性接着剤を用いた表面実 No.5(2007), pp 総説発 装基板の信頼性試験 表 平成 19 年 7 月 出版社 : 工業調査会 著書 鉛フリーはんだ技術 材料ハン ドブック ( 編著 ) 菅沼克昭 田中浩和 菅沼克昭 平成 19 年 8 月 JEITA Review Vol.8 No.08(2007), pp 総説発表平成 19 年 8 月 7 日長野実装フォーラム 長野 2007 口頭発表平成 19 年 8 月 14 日 8th International Conference on Electronics Packaging Technology(ISEPT2007), 鉛フリーはんだ実装の課題と JEITAの取り組み導電性接着剤の信頼性 Current Status of Lead-Free Soldering and Its Future( キーノート ) 菅沼克昭 田中浩和 K. Suganuma 46

103 記載要領 August 14th 17th, 2007, Shanghai 口頭発表平成 19 年 9 月 13 日 MES2007( 第 17 回マイクロエレクトロニクスシンポジウム ), 大阪,(2007), pp 口頭および論文発表平成 19 年 9 月 13 日 MES2007( 第 17 回マイクロエレクトロニクスシンポジウム ), 大阪,(2007), pp 口頭および論文発表平成 19 年 9 月 14 日 MES2007( 第 17 回マイクロエレクトロニクスシンポジウム ), 大阪,(2007), pp 口頭および論文発表 平成 19 年 10 月平成 19 年 11 月 11 日平成 19 年 11 月 11 日 Electronic Journal 別冊 2008 電 子回路実装技術大全 (2007), pp 総説発表 The 40th International Symposium on Microelectronics(IMAPS2007), San Jose 口頭発表 The 40th International Symposium on Microelectronics(IMAPS2007), San Jose 口頭発表 平成 20 年 J. Alloys Compd. 454[1-2] (2008), 論文発表平成 20 年 1 月 18 日インターネプコン / エレクトロテ スト ジャパン専門技術セミナー 東京 口頭発表平成 20 年 1 月 18 日インターネプコン / エレクトロテ スト ジャパン専門技術セミナー 東京 口頭発表平成 20 年 2 月 6 MATE2008 日 ( 社 ) 溶接学会 銀 -エポキシ導電性接着剤の金道燮 かんみん 耐衝撃強度評価金槿銖 金善植 金声俊 菅沼克昭 干強 Zn-Sn 系高温鉛フリーはんだを金声俊 金槿銖 金用いたダイアタッチ道燮 菅沼克昭導電性接着剤の実装信頼性試平田拓哉 小林晶験方法の検討子 田中浩和はんだ代替としての導電性接菅沼克昭着剤技術 Zn-Sn and Zn-In High K. Suganuma, S.-J. Temperature Lead-Free Kim, J.-E. Lee, K.-S. Solders Kim Impact Property Evaluation of Do-Seop Kim, Min Ag-Epoxy Conductive Adhesive Kang, Keun-Soo Joint Kim, Sun-Sik Kim, Seong-Jun Kim, Katsuaki Suganuma, Qiang Yu Effects of Ag and Cu addition Jae-Ean Lee, on microstructural properties Keun-Soo Kim, and oxidation resistance of Masahiro Inoue, Sn-Zn eutectic alloy Junxiang Jiang and Katsuaki Suganuma 導電性接着剤技術の課題と対菅沼克昭策導電性接着剤の実装信頼性評田中浩和価低温リフロー対応高信頼性導林宏樹 今野馨 川電性接着剤の開発守崇司 田中俊明 47

104 記載要領 平成 20 年 3 月 11 日 TMS 2008 Annual Meeting & Exhibition, New Orleans, 口頭発表平成 20 年 3 月 11 日 TMS 2008 Annual Meeting & Exhibition, New Orleans, 口頭発表 Interfacial Reactions of Die Attached AlN-DBC Module Using Zn-Sn High Temperature Solders: Degradation of Ag-Epoxy Conductive Adhesive/Sn Interface in Humid Atmosphere: Seongjun Kim, Keun-Soo Kim, Do-seop Kim, Katsuaki Suganuma Sun Sik Kim, Keun Soo Kim, Katsuaki Suganuma 平成 20 年 3 月 7 日平成 19 年度第 2 回研究会 社 ) 近畿化学協会エレクトロニクス部会 大阪 口頭発表平成 19 年 9 月まてりあ 46 (2007) 総説発表 平成 20 年 4 月顕微鏡 43 (2008) 総説発表平成 20 年 5 月エレクトロニクス実装学会誌 Vol.11 No.3(2008), pp 総説発表 世界の有害物質規制と鉛フリー実装の現状 2 探針ピエゾ駆動ホルダーの開発と TEM による多元的材料評価の試み TEM 用 2 探針ピエゾ駆動ホルダーの開発導電性接着剤実装の信頼性評価技術 菅沼克昭村上恭和 川本直幸 進藤大輔山崎和也 石川勇 出口俊二 近藤行人 村上恭和 進藤大輔田中浩和 (2) 特許等 出願日 受付番号 出願に係る特許等の標題 出願人 平成 18 年 9 月 13 日 導電性接着剤 藤倉化成 平成 19 年 10 月 16 日 端子の接続方法 : 端子の接合構造 -および接続用 大阪大学 明星大学 樹脂 平成 20 年 1 月 17 日 導電性ペースト 大阪大学 平成 20 年 3 月 12 日 特願 接続品質検査装置 エスペック株式会社 平成 20 年 3 月 12 日 特願 環境試験方法及び環境試験装置 エスペック株式会社 その他 9 件 48

105 記載要領 (3) 成果普及の努力 ( プレス発表等 ) 1) 平成 18 年 3 月 14 日日刊工業新聞社 導電性接着剤中の銀粒子 ~ 電気抵抗ナノ測定 ( 東北大と阪 大が評価技術 ) 概要: 新たなナノプローブ機構を用いて透過型電子顕微鏡中でナノレベルの観察と同時に電気抵抗測定を実現した 2) 平成 18 年 4 月 18 日日刊工業新聞社 RoHS 施行直前 - 鉛フリー化の完遂 概要 :RoHS 施行直前を迎え 実装の高付加価値化の一環に低温実装 高温はんだ代替技術があることを指摘した 3) 平成 18 年 4 月 18 日日刊工業新聞社 亜鉛 -スズ合金でハンダ~ 柔軟性 高温鉛と同等 概要 : 高 Zn-Sn 系合金の延性に優れたことを示し 高温はんだの鉛フリー化が金属系でも可能なことを示した Ⅳ. 実用化 事業化の見通しについて 4.1 実用化 実用化の見通し 成果の実用化の可能性本プロジェクトに対して 導電性接着剤の信頼性評価技術を工業製品 サービス化の観点から見直すと以下の通りである (1) 信頼性評価機器の製造および販売, アフターサービス, 試験サンプルの試作 受託試験 故障解析サービスを含めた導電性接着剤に関わる信頼性評価サービスを一貫して提供することで 産業界に対し導電性接着剤の普及をはかる基盤を整備する (2) プロジェクト技術開発成果から明らかになった導電性接着剤評価に必要な機器に関しては 製品化のための仕様決定 量産化技術 原価目標をクリアし 2011 年度を目標に製品化を進める また 既存評価機器で対応可能な評価方法は 2009 年度を目標に販売を開始する (3) 機器販売だけでは無く 装置を購入できない中小製造会社向けには 機器の一時貸し出しの他 試作基板の作製から信頼性評価 解析 改善方法までを含めた受託サービスも提供する (4) 機器販売およびサービスの販売先は 自動車 車載機器 電子部品 家電 OA 機器 材料メーカを想定している 49

106 記載要領 (1)~(4) で 販売先販売方法 ELV 規制対応として導電性接着剤活用に注目している 特に エンジン廻りの ECU 対応へは 早急な課題となっている 自動車 車載機器 その他 IGBT やヘッドライト用パワー LED への活用もされている 恒温恒湿槽や冷熱試験器 複合振動試験器などとの単体販売や 計測システム 強度試験器などとのシステム販売することで 広く採用される パワーデバイスやパワー LED 用途が拡大中 導電性接着剤対応のチップ部品の評価が必要になってくる 電子部品 特に 車載対応部品を納入しているメーカは関心を寄せる 販売は 計測器とのパッケージ販売が主体となると予想される 情報家電 ( 携帯電話 モバイル機器 ) などの低温実装部品実装用途 ( カメラモジュール ) としての需要がある 家電 OA 機器 インクジェット技術を利用した電子ペーパや IC カードなど実用化の時期を迎えている 導電性接着剤を開発しているメーカなどの品質評価用途に需要が見込まれ材料る以上から 本プロジェクトの開発成果は その特性を活かして様々な分野で活用化されことが見込まれる 実用化 事業化までのシナリオ : (1) 事業化までのシナリオ本事業では 高温鉛はんだ代替技術開発として 従来期待されながら代替材としての実用化が進まなかった導電性接着剤の抱える課題を洗い出し 障害となった事象の根本のメカニズムを解明し評価方法を提案することで 新たな市場開拓の可能性を切り開いた また 導電性接着剤を使えない用途のために金属系高温はんだの材料提案も行い 今後の高温鉛はんだ代替技術の普及を促進する これら材料 および周辺技術の事業化へのシナリオは 以下のように期待できる なお 高温はんだの鉛フリー化は 欧州の RoHS 指令 および ELV 指令によって規制される その時期は 特に ELV 指令に関しては 2009 年には確定すると考えられるが 早ければ 2012 年 (ELV) から 遅くても 2014 年 (RoHS) からになると推測される したがって 世界の産業界はこれらの年限を目標として技術開発の完遂を目指すので 2012 年からの規制へ向けた導入が 2009 年から開始され 2015 年からは本格的な高温はんだの全鉛フリーへ移行すると予測できる 材料技術として 金属結合系導電性接着剤は 優れたリフロー耐熱と実装性を実現したことで 一部の開発品は既に上市され 2009 年以降従来の高温はんだ代替へ適用が開始される まずは 受動部品からの実用が進むと期待される 耐熱部品の要求が強い車載機器 高付加価値機器への適用は 評価技術の標準化が進む環境で促進される Si や LED のダイアタッチでは さらに高熱伝導などの高機能化が必要になることから 今回開発された新銀粒子導電性接着剤技術の展開が期待される コストが問われる Si ダイアタッチ用途に対しては Zn-Sn Bi 系 ( 一部 Au 系 ) など金属系はんだが適用される 将来の SiC デバイスに対しては 今回開発の新銀粒子導電性接着剤技術とナノ粒子ダイアタッチ技術が有望であるが 本技術はコストメリットで有利になる 近い将来の実用化としては フレ 50

107 記載要領 キシブル実装 ソーラー配線 熱電発電 ロボットなどへの適用などが期待される さらに次の世代の展開としては 低温化を果たした導電性接着剤技術が 150 以下のプロセス温度が必須となるプリンテッド エレクトロニクスへの標準接続技術として 大きな市場を支える基盤技術となる これらの市場形成を支える材料技術 実装技術 評価技術がセットになることで 今後の対外的な市場拡大にも強力なバックアップがされるものと期待できる (2) 波及効果 新たな機器市場として 高信頼化を果たした導電性接着剤技術が必要になる ソーラー LED 技術には 本開発に基づく高性能導電性接着剤が必須の技術となる RFID 電子ペーパーなどプリンテッド エレクトロニクス市場は 今後 2 桁成長 この実装技術は温度 150 以下の導電性接着剤が唯一の基盤技術として普及 評価技術の業界 国際標準化を可能にし 市場の活性化へ より高温 (300 ) 常用実装が可能になり 将来の SiC デバイス実用の基礎が築けた 以上 51

108 2. 分科会における説明資料 本資料は 分科会において プロジェクト実施者がプロジェクトを説明する 際に使用したものである

109 3R プログラム 高温鉛はんだ代替技術開発 第 1 回事後評価分科会説明資料 議題 5 プロジェクトの概要説明 ( 公開 ) 平成 20 年 11 月 12 日 ( 水 ) 高温鉛はんだ代替技術開発 第 1 回事後評価分科会説明資料資料 事業の位置付け 必要性 (1) 事業の背景 目的 位置付け 無害化処理が必要 事業原簿 1 ページ リサイクル阻害要因 有害物質を含んだ製品 廃棄 環境汚染 RoHS 指令 (2006 年 7 月 ) 欧州市場向けに輸出する電気電子機器について鉛等 6 物質の使用禁止 現状 高温鉛はんだは代替技術がないため RoHS 適用除外 高温はんだも いずれ (2010or14 年?) 対象となる可能性が高い ELV 指令では 全ての鉛はんだが対象に検討されている 2

110 1. 事業の位置付け 必要性 (1) 事業の背景 目的 位置付け 事業原簿 3 ページ 耐熱温度 ( ) 導電性接着剤 鉛フリーはんだ Sn-Ag-Cu 100 Sn-Zn Sn-Bi Sn-In 実装温度 ( ) 新概念を設計基準とする金属間化合物で脆化しない金属系開発 各種実装技術の実装温度と耐熱温度マップ 3 1. 事業の位置付け 必要性 (2)NEDO が関与することの意義 事業原簿 1 ページ 3R プログラム Ⅰ. 環境配慮設計の推進 Ⅱ. 建築ストック 3R 対策 Ⅲ. 金属資源等 3R 対策 プログラム目的 : 大量排出 処理困難 資源有用性等の観点から 必要な 3R 技術の高度化を図ることにより 従来の大量生産 大量消費 大量廃棄型経済社会システムから脱却し 環境と経済が統合された循環型経済社会システムを構築する プログラム目標 : 2010 年度までに 資源生産性を約 39 万円 / トン (2000 年度約 28 万円 / トン ) に増加 循環利用率を約 14%(2000 年度約 10%) に向上 最終処分量 : 約 28 百万トン (2000 年度約 56 百万トン ) に減少 資源生産性 (=GDP/ 天然資源等投入量 ) 循環利用率 (= 循環利用量 /( 循環利用量 + 天然資源等投入量 )) 4

111 1. 事業の位置付け 必要性 (2)NEDO が関与することの意義 事業原簿 1 ページ 技術戦略マップでは 3R エコデザイン 再生生産技術 のうち リデュース設計 有害物質削減設計の有害物質の非使用技術 有害物質含有物の代替技術 に位置付けられる 5 1. 事業の位置付け 必要性 (2)-3 NEDO が関与することの意義 事業原簿 1 ページ 高温鉛はんだ代替技術 ( 導電性接着剤 & 金属高温鉛フリーはんだ ) に関しては 基本メカニズムに不明な点が多く 技術的ハードルが高い 基礎研究 材料開発 評価技術確立が一体となった研究開発が必要 ( 産学官の連携したプロジェクト体制が必要不可欠 ) 材料開発と同時に信頼性評価基準をデファクト化この基準によりわが国の産業界が等しくその利益を得ることが可能 導電性接着剤の高温はんだ代替への展開 + 金属はんだはんだの可能性国際競争力強化 & 鉛不使用によるリサイクルの推進 6

112 1. 事業の位置付け 必要性 金属系高温はんだ市場 (3) 実施の効果 微細化高熱伝導低抵抗省エネ環境配慮他 導電性接着剤市場 事業原簿 1 ページ 半導体ダイアタッチフリップチップ接続受動部品内部端子光学パッケージ LED レーザー素子水晶振動子車載部品実装モジュール部品機密封止ヒートシンク接続リードピン接続 照明用途へ 高温鉛はんだ市場 : 世界 6,000t 導電性接着剤市場 : 世界 300 億円 鉛フリー化 高機能化で拡大 7 2. 研究開発マネジメントについて (1) 事業の目標 1 高機能材料開発 260 以上の耐熱接続 狭幅配線ピッチ対応 (50μm 幅 / スペース ) 2010 年には 60μm の配線に期待 ( 現状 130μm) 高熱伝導 (50W/m K) 高集積化された実装に適用化鉛はんだ (35W/m K) より高い熱伝導性 低抵抗 (10-5 Ω cm) 鉛はんだと同等の抵抗 事業原簿 5 ページ 2 実装技術開発 材料 プロセスの最適化技術開発開発した材料に対応した 実装プロセス開発 3 信頼性技術開発 信頼性評価基準 試験方法の確立標準試験方法の確立 デファクトスタンダード化 金属系高温鉛フリーはんだの開発は 1 に含め 大阪大学において基礎的な設計指針の確立を目指す 8

113 研究の総括予算 ( 百万円 ) 研究開発マネジメントについて (2) 事業の計画内容と予算 事業原簿 7 ページ 項目 年度 高機能材料開発 高機能材料の実装技術開発 信頼性技術開発 H17( 05) H18( 06) H19( 07) 界面ナノ構造の解明 プロセス低温化 短時間化 RoHS 導電率 熱伝導改善 GHz 対応技術の開発 金属系高温鉛フリーはんだ設計指針の確立 低コスト化 ファインピッチ化対応技術開発 信頼性 耐衝撃性の評価 開発材料に対応した新規実装プロセス開発微細スクリーン印刷技術開発 試験基準 方法標準確立 9 2. 研究開発マネジメントについて (3) 研究開発の実施体制 助成 ( 実用化研究 ) 2/3 材料メーカ藤倉化成, ナミックス, 日立化成, タムラ化研 導電性材料開発 試験機器装置メーカ 試験機関エスペック, RCJ 試験技術開発 試験基準確立 委託 ( 基礎研究 ) 100% 大学阪大産研, 東北大多元研芝浦工大, 明星大基礎技術開発 基礎メカニズム解明 導電メカニズム解明と改質標準材料 : 試験方法開発共通試験で劣化メカニズム解明 信頼性評価基礎確立特性評価 信頼性試験方法の開 高周波特性評価発 合金設計開発材料 : めっき技術開発 Ag 粒子分散系はんだ粒子分散系低融点金属粒子分散系 協力ユーザーグループ 事業原簿 12 ページ 金属系開発協力会社三菱電機 ニホンゲンマ 千住金属 奥野製薬 標準導電性接着剤銀粉 : 80% ビスフェノール A 型エポキシ樹脂 : 12% 反応性希釈剤 : 8% 硬化剤 ( イミダゾール系 ): 1.5% JEITA/ 電気電子機器メーカ 電装メーカ 電子部品メーカ プロセス技術確立 材料評価技術開発 検証 信頼性評価技術確立デンソー 日立製作所 NEC 三菱電機 松下電器 村田製作所 ニチコン 日亜化学 東芝 日本ビクター 東芝 日本ビクター 10

114 2. 研究開発マネジメントについて (4) 情勢変化への対応韓国 アメリカ等の導電性接着剤技術開発の進展情報韓国 : サムスン電子が導電性接着材開発を促進研究者 100 名投入米国 : アメリカ IR 社が小型パワー半導体用導電性接着材を開発 事業原簿 13 ページ 加速財源により 開発の前倒し 導電性接着剤のフリップチップ接続の検証 新たに設計した金属系高温鉛フリーはんだの性能の検証 高性能化 高機能化を実現 導電性接着剤の材料の特性評価 解析 導電メカニズムの解明と導通抵抗の解析 1 年前倒しで実現 h 百万円 h 百万円 研究開発成果について (1) 目標の達成度 事業原簿 15 ページ 大項目具体的目標導電性接着剤金属系備考 阪大 260 以上の耐熱接続 - 各社 1 高機能材料開発 狭幅配線ピッチ対応 (50μm ピッチ ) 高熱伝導各社 :15~30W/m K 阪大産研 :~50W/m K 低抵抗 (10-5 Ω cm) - 阪大 - 藤倉化成 ナミックス (>100) (~ ) (>100) 各社 2 実装技術開発材料 プロセスの最適化技術開発 - 各社 3 信頼性技術開発 めっき基板 部品との接続相性問題の解明と解決 信頼性評価基準 試験方法の確立 - 阪大藤倉化成ナミックス日立化成タムラ化研 阪大グループ電場 TEM 観察高周波評価 劣化機構の解明 各種標準的評価法提案エスペック評価装置開発 12

115 3. 研究開発成果について (2) 成果の意義 事業原簿 15 ページ 1 高機能材料開発 : a. 金属系 Zn-Sn Bi 系 導電性接着剤のいずれも耐熱性が確保され 界面制御が可能になった 信頼性も証明され 実証段階にある b. 狭ピッチに更に柔軟性を持たせる FC 接続が提案された c. 高熱伝導 100W/m K 超が実現でき 今後のダイアタッチ高性能材料として実用が期待される d. 導電性接着剤導電メカニズムの根本を理解する電場 導通のミクロ観察 高周波特性評価を達成し 今後の材料開発に大きな指針を与えた 2 実装技術開発 : 複数ユーザーメーカと材料メーカの要求をマッチングさせた新プロセスと対応材料技術の確立ができた 3 信頼性技術開発 : a. Snめっき界面の高湿劣化メカニズムが解明され 材料開発指針を与えた 現在 この知見に基づく新材料検証中 b. 各種特性 信頼性評価の標準技術が提案され 市場における共通指標を与え活性化すると期待される 13 高機能材料開発 事業原簿 15 ページ 金属系はんだの目処が付いた 高性能導電性接着剤の設計指針を得た -40 ~125 間 2000 サイクルでも疲労破壊しない! ペースト種類 せん断強度 熱伝導率 MPa (W/m K) 開発ペースト 標準導電性接着剤 Sn-3Ag- 0.5Cu 焼成条件 200~ 220 /40 分 加圧 150 /30 分 Peak 秒 優れた延性 開発ペーストでバンプ形成 阪大

116 基礎研究開発の主な成果 事業原簿 15 ページ 高温高湿と熱疲労劣化メカニズムの解明電子線ホログラフィーで導通の電場を直視! マイクロ試験片の疲労 電気抵抗その場試験法を開発 導電性接着剤接続の GHz 評価 2Gbps ではんだより導電接着剤が波形品質は良好 芝浦工大 藤倉化成 金属結合型で高耐湿 耐疲労と高性能化 耐マイグレーション用 WD 法 :100μAに達した時間 各社の開発 フィレット形成 タムラ化研 事業原簿 21 ページ Sn-Bi/ エポキシで高温はんだ代替が実現 XA-874 Sn 電極対応 Ag ペースト 71 秒 332 秒 開発品 B 1200 秒以上 標準材料 (Ag フィラー系 ) ナミックス 耐マイグレーション 低温接続を可能に ファインピッチ対応 硬化性樹脂が部品を接着 日立化成 SnAgCu 同等の強度 導電性 ナノ銀タイプ 耐マイク レーションタイフ 50μ 5 秒で短絡! 50V 印加 5 分以上経過しても 10μA 未満 16

117 導電性接着剤の SMT プロセス 事業原簿 21 ページ 部品 基板 QFP 印刷機 印刷 マウントマウンター 硬化 ホ ックス炉 基板切断 0.5mmヒ ッチ 100ヒ ン (SnBi/Pd) 基板 カ ラエホ 両面 0.8mm 厚 銅フ リフラックス印刷形状観察 マスク それぞれの部品形状に最適化されたメタルマスク設計が重要なポイント 温度 ( ) QFP 搭載 リフロー温度カーフ 確認評価項目 印刷性 (0603 チッフ,0.5mmCSP 含 ) 導電性接着剤の場合 接続強度だけでなく 抵抗値測定も必要 強度評価 時間 (sec) QFP1 QFP2 リフロー炉 8 ソ ーン鉛フリー対応 引っ張り強度試験 顕微鏡での観察 標準 SnBi リート 側 基板 (1- Pb/Bi J/S)LQFP 基板 (2 -J/S )BGA 印刷のみ 基板 (3 -J/S )FBGA 11 個 保持台 標準 SnBi ラント 側 基板 (5-J/S ) 櫛形基板 1608R 11 個 3216R 11 個 3528Ta 11 個 3216C 9 個 実装場所日本ビクター大和工場ヤマハ ( 浜松 ) 基板 (6 -J/S ) チップ部品基板 エスペック RCJ/ 導電性接着剤実装評価技術を標準化へ 直流抵抗 界面抵抗測定方法標準化 ( 現状どこにもなし ) 新界面抵抗評価技術の検討 確立 ( 図 1) 劣化現象を把握 高い精度でのミクロナノ評価 事業原簿 31 ページ 高周波 : 接続部 配線に関する標準化 ( 現状はんだ接続にもなし 明星大 ) 接続寸法と直流抵抗 容量とその周波数特性等の評価技術標準化 図 1 提案界面抵抗 信頼性その場評価装置 熱伝導 熱抵抗 : 接着剤に基準はなく 米の JEDEC 半導体用大型風洞実験に対抗できる標準が必要 簡素化した基準的高精度評価装置の提案試作 ( 図 2) 基準装置に基づく標準的試験手順の確立 図 2 熱抵抗評価提案装置 信頼性試験 ( 現状はんだのみ ユーザごとに基準が異なり標準統一が必要 ) 材料自体に高温高湿 マイグレーションに課題 実用上で評価基準標準化は必須 車載機器必須の振動複合試験は標準無し ( 図 3) 衝撃試験 ( 図 4) はんだより脆さに対する配慮が必要で精度が高い新規評価方法が必要 ( 阪大 ) ミクロ機械疲労試験およびクリープ試験 従来はんだに関する評価規格と根本的に材料が異なり材料にふさわしい差別化が必要 ( 芝浦工大 ) 図 3 提案マイグレーション評価装置 複合環境試験法の開発 図 4 提案高精度衝撃評価装置

118 3. 研究開発成果について (3) ー 1 特許の申請 事業原簿 41 ページ 材料に関するもの 3 件 実装技術に関するもの 1 件 信頼性技術に関するもの 1 件 その他 9 件 (3) ー 2 研究発表 講演 論文発表 18 件 講演発表 25 件 (3) ー 3 成果普及の努力 プレス発表など 3 件 研究開発成果について (4) 成果の普及 事業原簿 41 ページ 金属系として Zn-Sn Bi(-Sn-Cu) Au-Sn 系はんだは 高鉛はんだの代替材料として特性も優れ 鉛フリー化の 3 つの基本候補となる 導電性接着剤は 金属系で不足な領域を補完し Ag- エポキシ系に加え 低融点金属やナノ粒子を添加し実用化レベルに達した新たな系を推進する ミクロン / サブミクロンペースト技術は 高熱伝導材料としての用途普及を図る 各社開発した導電性接着剤とプロセス 評価技術をセットにして普及を図る 各種評価技術を世界のデファクトとして提案 ミクロ電場 TEM 観察 高周波評価 ミクロ試験片評価技術は 新たな材料開発の標準的新ツールとして活用 20

119 4. 実用化 事業化の見通しについて (1) 成果の実用化可能性 事業原簿 46 ページ 用途先 自動車 車載機器 電子部品 家電 OA 機器 材料 実用化と特徴 ELV 指令対応として導電性接着剤 ( 鉛フリー ) エンジン廻りの電子制御化 ( 高耐熱 ) パワー半導体やライト用 LED 用途 ( 高熱伝導ダイアタッチ フリップチップ接続 ) 自動車耐久性試験装置 ( 高耐熱 高耐久 その他 ) パワー半導体やライト用 LED 用途 ( 高熱伝導ダイアタッチ フリップチップ接続 ) 導電性接着剤対応のチップ部品 ( フリップチップ接続 狭幅配線ピッチ ) 情報家電 ( 携帯電話 モバイル機器 ) のカメラモジュール ( 低温実装 フリップチップ接続 狭幅配線ピッチ ) インクジェット技術を利用した電子ペーパや IC カード ( フリップチップ接続 狭幅配線ピッチ ) 導電性接着剤の品質評価方法の確立による高機能製品開発 ELV 指令 : 欧州連合 (EU) が 2000 年 10 月に施行した自動車のリサイクル指令 具体的には Pb Hg Cr6+ Cd の使用量の規制による 自動車のリサイクル率 ( 実効率, 可能率 ) の向上 ( End-of-Life Vehicle) 実用化 事業化の見通しについて 事業原簿 47 ページ (2) 事業化までのシナリオ 金属結合系粒子技術新銀粒子技術 Si ダイアタッチ LED ダイアタッチ SiC ダイアタッチ 安価 安全 高性能 フレキシブル実装 Solar 熱電素子...etc. 低温化低温化 導入時期 : 2012~2014 / 各社評価中... 車載機器実装高付加価値機器製造 今まで分からないことが多すぎた Printed Electronics 2015~ 金属系高温はんだ技術 Zn 系 Bi 系 Si ダイアタッチ 評価技術標準化 導電性接着剤実装を安心して実用化できる環境 市場拡大と確保対欧州 ロボット実装へ 22