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マイクロ接合と信頼性設計法
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設計技術シリーズ

-エレクトロニクス実装における-
マイクロ接合と信頼性設計法

著者： 荘司郁夫氏（群馬大学）
折井靖光氏（日本アイ・ビー・エム（株））
定価： 3,740円（本体3,400円＋税）
判型： A5
ページ数： 161 ページ
ISBN： 978-4-904774-22-9
発売日： 2014/10/8
管理No： 20
- 書籍紹介 -
RoHS規制などにより、マイクロ接合部への信頼性がさらに求められている中、車載機器やパワー半導体等の過酷な使用環境での信頼性実現は不可避です。
本書は、研究・開発のエンジニアの方々や大学院生の方々へ向けた、入門から実践までを網羅しているまさにマイクロ接合の座右の書です。
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  • 次世代自動車用リチウムイオン電池の設計法
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【著者紹介】

荘司　郁夫（しょうじ　いくお）
群馬大学大学院 理工学府 教授。
1992年京都大学大学院 工学研究科 金属加工学専攻 修士課程修了。
同年、日本アイ・ビー・エム株式会社入社。野洲研究所にてフリップチップ接合の研究開発に従事。
1996年大阪大学大学院 工学研究科 生産加工工学専攻 博士課程修了。博士 （工学）。
2000年より群馬大学にてマイクロ接合および電子実装材料の研究開発に従事。
2009年から現職。
折井　靖光（おりい　やすみつ）
日本アイ・ビー・エム株式会社 東京基礎研究所 サイエンス&テクノロジー部長。
1986年大阪大学 基礎工学部 物性物理工学科 卒業。
同年、日本アイ・ビー・エム株式会社入社。野洲事業所にて、大型コンピューターからノートブック、ハードディスクドライブの実装技術開発に従事。
2009年、東京基礎研究所に異動、3次元積層デバイスのプロジェクトを推進、2012年、現職に就任し、ハードウエアの基礎研究を統括。
2012年大阪大学大学院 工学研究科 博士課程修了。博士 （工学）。

【目次】

第１章　エレクトロニクス実装技術におけるマイクロ接合

  1. 1-1　マイクロ接合の定義
  2. 1-2　マイクロ接合の動向
  3. 1-3　BGA
  4. 1-4　CSP
  5. 1-5　フリップチップ
    1. 1-5-1　フリップチップ接合概要
    2. 1-5-2　各種フリップチップ接続技術
  6. 1-6　システム・イン・パッケージ （SiP）
    1. 1-6-1　ワイヤボンディング積層型SiP技術の問題点
    2. 1-6-2　PoP構造の出現
  7. 1-7　3次元集積デバイス技術
  8. 1-8　チップ・パッケージ・インターラクション

第２章　マイクロ接合部の信頼性評価法

  1. 2-１　はんだ材の基礎
    1. 2-1-1　鉛フリーはんだ
    2. 2-1-2　鉛フリーはんだの特徴
    3. 2-1-3　各種はんだ
    4. 2-1-4　熱平衡状態図
    5. 2-1-5　フラックス
  2. 2-2　接合反応の基礎
  3. 2-3　信頼性因子と評価式

第３章　信頼性試験と取得データの解析手法

  1. 3-1　加速試験
    1. 3-1-1　加速試験の種類
    2. 3-1-2　試験実施方法
  2. 3-２　故障解析方法
    1. 3-2-1　非破壊法
    2. 3-2-2　破壊法
  3. 3-３　取得データの統計的整理法
    1. 3-3-1　正規分布
    2. 3-3-2　対数正規分布
    3. 3-3-3　ワイブル分布
    4. 3-3-4　ワイブルプロット

第４章　BGA・CSP・フリップチップ接合部の信頼性評価例

  1. 4-1　Coffin-Manson修正式によるはんだ接合部の熱疲労寿命予測方法
    1. 4-1-1　Coffin-Manson修正式による加速係数の算出方法
    2. 4-1-2　Coffin-Manson修正式における係数の算出方法
    3. 4-1-3　対数正規確率紙プロット
    4. 4-1-4　信頼性向上のための因子
    5. 4-1-5　CBGAにおけるCoffin-Manson修正式
    6. 4-1-6　CSPはんだ接合部の熱疲労信頼性評価例
    7. 4-1-7　フリップチップ接合の信頼性評価例
  2. 4-2　高温放置環境下における反応層の成長評価
  3. 4-3　CSPはんだボール接合部の接合強度評価

第５章　マイクロ接合部設計への有限要素解析の活用

  1. 5-1　有限要素法（FEM）
  2. 5-2　熱サイクル環境における解析法
  3. 5-3　構造解析（機械特性シミュレーション）
  4. 5-4　熱解析（熱シミュレーション）

【参考文献】

  • 標準マイクロソルダリング技術　第3版，日本溶接協会マイクロソルダリング教育委員会編，日刊工業新聞社（2011）
  • 塚田裕：高密度・高性能・低コスト　フリップチップ技術，日刊工業新聞社（2000）
  • 図解　よくわかるWEEE&RoHS指令，日本電子 （株） 応用研究センター編，日刊工業新聞社（2004）
  • J. Lau, J. Miremadi, J. Gleason, R. Haven, S. Ottoboni and S. Mura : IEEE/CHMT International Electronics Manufacturing Technology Symposium, pp.63-75 (1993)
  • IBM : CBGA Surface Mount Assembly and Rework User’s Guide (May 23, 2002)
  • IBM : Ceramic Column Grid Array Assembly and Rework User’s Guide (Jun 25, 2002)
  • Puttlitz, K. J., Shutler, W. F. : Components, Packaging, and Manufacturing Technology, Part B, Volume 18 , pp.250-256 (1995)
  • L. F. Miller : IBM Journal of Research and Development 13, pp.239-250 (1969)
  • 藤田和弥 他：シャープ技報，第83号，pp.58-63 （2002）
  • 前田憲：エレクトロニクス実装学会誌，Vol.8 No.3，pp.188-193 （2005）
  • 石田光也，折井靖光 他：エレクトロニクス実装学会誌，Vol.12 No.4，pp.292-300（2009）
  • V. L. Gani : IBM Journal of Research and Development 35, pp.342-356 (1991)
  • Y. Tsukada, S. Tsuchida and Y. Mashimoto : Proc. of 7th IMC, pp.252-258 (1992)
  • Y. Kodama, T. Matsumoto and Y. Tsukada : Proc. of 9th IMC, pp.286-290 (1996)
  • S. Fujiuchi and K. Toriyama : Proc. of IEMT, pp.109-112 (1995)
  • 日笠和人 他：スーパーソルダーを用いたはんだバンプ形成について，第25回溶接学会マイクロ接合研究委員会資料，pp.27-36 （1998）
  • 堺丈和，荘司孝志：第25回溶接学会マイクロ接合研究委員会資料，pp.37-44 （1998）
  • Y. Orii, K. Toriyama, H. Noma, Y. Oyama, H. Nishiwaki, M. Ishida, T. Nishio, N. C. LaBianca and C. Feger : Proc. of the 58th Electronic Components and Technology Conference, pp.948-953 (2009)
  • I. Shohji, T. Yamada and H. Kimura : Proc. of 6th MES, pp.127-130 (1995)
  • Won-Keum Kim, 池田徹，宮崎則幸：エレクトロニクス実装学会誌，Vol.6 No.2，pp.153-160（2003）
  • 田中直敬，河野賢哉，内藤孝洋：エレクトロニクス実装学会誌，Vol.8 No.1，pp.37-43 （2005）
  • C. Feger, et al., : Proc. of the 58th Electronic Components and Technology Conference, pp.1502-1505 (2009)
  • 折井靖光 他：エレクトロニクス実装学会誌，Vol.12 No.7，pp.588-595 （2009）
  • K. Sakuma, P. S. Andry, B. Dang, C. K. Tsang, C. Patel, S. L. Wright, B. Webb, J. Maria, E. Sprogis, S. K. Kang, R. Polastre, R. Horton and J. U. Knickerbocker : IBM J. Res. & Dev.52, No.6, pp.611-622 (2008)
  • JEDEC, JEP156 “Chip-Package Interaction Understanding, Identification and Evaluation”, March 2009
  • 本田進：エレクトロニクス実装学会・EPADs公開研究会・基調講演資料 2008年11月
  • 水越正孝：エレクトロニクス実装学会誌，Vol.10 No.5，pp.415-422 （2007）
  • J. Sylvestre, et al., : Proc. of the 57th Electronic Components and Technology Conference, pp.82-88 (2008)
  • 大澤勤，荘司郁夫，松木孝樹，苅谷義治，安田清和，竹本正：Proc. of Mate2008，pp.115-118 （2008）
  • 當山雄一郎，荘司郁夫：Proc. of Mate2013，pp.459-460 （2013）
  • D. R. Frear, J. N. Arnold and R. C. Pfahl : Proc. of 2001 ICEP, pp.54-59 (2001)
  • 菅沼克昭：はじめての鉛フリーはんだ付けの信頼性，工業調査会 （2005）
  • 菅沼克昭：鉛フリーはんだ付け入門，大阪大学出版会 （2013）
  • 渡邉裕彦：溶接学会第38回マイクロ接合研究委員会ソルダリング分科会資料，pp.47-56 （2004）
  • M. Nagano, N. Hidaka, M. Shimoda and H. Watanabe : Proc. of PSEA’04, pp.256-261 (2004)
  • C. -M. Chuang and K. -L. Lin : Journal of Electronic Materials, Vol.32, pp.1426-1431 (2003)
  • I. Shohji, S. Tsunoda, H. Watanabe, T. Asai and M. Nagano : Materials Transactions, Vol.46, pp.2737-2744 (2005)
  • 末次憲一郎：詳説鉛フリーはんだ付け技術，工業調査会 （2004）
  • 鈴木元治，松岡洋，河野英一，酒井浩，五十嵐誠，小野寺清雄：Proc. of Mate2000，pp.325-328 （2000）
  • 本間仁：第38回マイクロ接合研究委員会ソルダリング分科会資料，pp.65-72 （2004）
  • 平成12年度 （補正予算） 新エネルギー・産業技術総合開発機構委託業務成果報告書　基準創成研究開発事業　有害化学物質の排出削減に関する標準化研究開発「環境負荷低減化に対応したはんだ接続に必要な試験方法等の標準化」，日本溶接協会 （2002）
  • 作山誠樹：電子機器実装における低温接合技術に関する研究，大阪大学博士学位論文 （2010）
  • 佐藤琢磨，苅谷義治，福井一真，松岡洋，矢野雅史：エレクトロ二クス実装学会誌，Vol.16，pp.293-299 （2013）
  • 荘司郁夫，山田毅，木村英夫，折井靖光，藤内伸一，酒井俊廣：回路実装学会誌，Vol.12，pp.25-28 （1997）
  • K. Nakamura, T. Ookubo, I. Shohji and H. Goto : Materials Transactions, Vol.46, pp.2730-2736 (2005)
  • 狩野貴宏，荘司郁夫，土田徹勇起，大久保利一：Proc. of Mate2012，pp.439-440 （2012）
  • 荘司郁夫，森史成，藤内伸一，山下勝：エレクトロニクス実装学会誌，Vol.4，pp.133-137 （2001）
  • 寺崎健，谷江尚史：Proc. of Mate2005，pp.313-318 （2005）
  • 荘司郁夫：金属，Vol.82，pp.35-40 （2012）
  • 高信頼性鉛フリーめっきと錫ウィスカ対策，エレクトロニクス実装学会錫ウイスカ研究会編，日刊工業新聞 （2013）
  • 菊池遼，荘司郁夫，根本規生，中川剛，海老原伸明，岩瀬房雄：Proc. of Mate2012，pp.433-434 （2012）
  • 環境調和型先端実装技術成果報告会2013講演資料，電子情報技術産業協会　実装技術標準化専門委員会，pp.103-110 （2013）
  • 竹本正，佐藤了平：高信頼度マイクロソルダリング技術，工業調査会 （1991）
  • Y. Orii, M. Sumita, K. Moro and T. Sakai : Proc. of IMC1996, pp.209-213 (1996)
  • Y. Takaku, I. Ohnuma, Y. Yamada, Y. Yagi, Y. Nishibe, R. Kainuma and K. Ishida : J. Electron. Mater., Vol.35, pp.1926-1932 (2006)
  • 井関隆士，高森雅人：エレクトロニクス実装学会誌，Vol.15，pp.153-157 （2012）
  • 荘司郁夫，山田毅，木村英夫，藤内伸一，折井靖光：回路実装学会誌，Vol.12，pp.25-28 （1997）
  • 宍戸逸朗，渡辺知史，児玉靖，塚田裕：Proc. of MES’98，pp.117-120 （1998）
  • 標準マイクロソルダリング技術 第3版，日本溶接協会マイクロソルダリング教育委員会編，日刊工業新聞社，p.70 （2011）
  • 荘司郁夫，渡邉裕彦，永井麻里江，大澤勤：エレクトロニクス実装学会誌，Vol.14，pp.382-389 （2011）
  • R. J. Klein Wassink; 竹本正，藤内伸一 監訳：ソルダリングインエレクトロニクス，日刊工業新聞社 （1986）
  • 小岩昌宏，中嶋英雄：材料における拡散，内田老鶴圃 （2009）
  • 幸田成康：改定　金属物理学序論，コロナ社，pp.125 （1994）
  • I. Shohji, T. Nakamura, F. Mori and S. Fujiuchi : Materials Transactions, Vol.43, pp.1797-1801 (2002)
  • A. Smigelkas and E. Kirkendall : Trans. AIME, Vol.171, pp.130 (1947)
  • 標準マイクロソルダリング技術 第3版，日本溶接協会マイクロソルダリング教育委員会編，日刊工業新聞社 （2011）
  • S. S. Manson : Thermal Stress and Low-Cycle Fatigue, McGraw-Hill (1966)
  • M. Shiratori, Q. Yu and S. B. Wang : Advances in Electronic Packaging, ASME, EEP-Vol.10-1, pp.451-457 (1995)
  • 干強：日本機械学会論文集，64-619 A，pp.558-563 （1998）
  • 干強，白鳥正樹：エレクトロニクス実装学会誌，Vol.1，pp.278-283 （1998）
  • 堀内良，金子純一，大塚正久 共訳：材料工学入門，内田老鶴圃 （1999）
  • 菅沼克昭：鉛フリーはんだ付け入門，大阪大学出版会 （2013）
  • 友池稔，中原浩二：FUJITSU DENSO REVIEW，Vol.9，pp.44-47（1999）
  • 標準マイクロソルダリング技術　第3版， （社） 日本溶接協会　マイクロソルダリング教育委員会編，日刊工業新聞社 （2011）
  • 青木由希也，小山真司，荘司郁夫：第52回マイクロ接合研究委員会ソルダリング分科会資料，pp.65-70 （2011）
  • 永田靖：入門統計解析法，日科技連 （1992）
  • K. C. Norris and A. H. Landzberg : IBM Journal of Research and Development, Vol.13, pp.266-271 (1969)
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  • K. C. Norris and A. H. Lansberg : IBM Journal of Research and Development, 13, pp.266-271 (1969)
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  • I. Shohji, H. Mori and Y. Orii : Microelectronics Reliability, Vol.44, pp.269-274 (2004)
  • J. Oberschmidt, K. K. Kim and D. Gupta : J. Appi. Phys., Vol.53, pp.5672-5677 (1982)
  • Z. Guo and H. Conrad : Adv. Electroron Packaging, Vol.10, pp.1129-1141(1995)
  • I. Shohji, T. Kobayashi and T. Tohei : Key Engineering Materials, Vol.462-463, pp.76-81 (2011)
  • I. Shohji, S. Tsunoda, H. Watanabe, T. Asai and M. Nagano : Materials Transactions, Vol.46, pp.2737-2744 (2005)
  • 中俊夫，三田雅也，梶原正憲，黒川典治，坂本克彦：第135回日本金属学会講演概要，pp.474 （2004）
  • 清野紳弥，上西啓介，小林紘二郎，荘司郁夫，山本雅春：エレクトロニクス実装学会誌，Vol.2，pp.298-302 （1999）
  • I. Shohji, H. Watanabe, T. Okashita and T. Osawa : Materials Transactions, Vol.49, pp.1513-1517 (2008)
  • 荘司郁夫，渡邉裕彦，新井亮平：電子情報通信学会論文誌，Vol.J95-C，pp.324-332 （2012）
  • I. Shohji, T. Osawa, T. Okashita and H. Watanabe : Key Engineering Materials, Vol.385-387, pp.745-748 (2008)
  • I. Shohji, S. Shimoyama, H. Ishikawa and M. Kojima : Key Engineering Materials, Vol.385-387, pp.429-432 (2008)
  • 平田晃大，荘司郁夫，土田徹勇起，大久保利一：Proc. Mate2014，pp.51-54 （2014）
  • T. Kano, I. Shohji, T. Tsuchida and T. Ookubo : Proc. of InterPACK2011 (CD-ROM), IPACK2011-52024 (2011)
  • マイクロ接合・実装技術，産業技術サービスセンター，pp.233-237 （2012）
  • 苅谷義治：エレクトロニクス実装学会誌，Vol.9 No.3，pp.138-142 （2006）
  • I. Shohji, T. Kobayashi and T. Tohei : Key Engineering Materials, Vol.462-463, pp.76-81 (2011)
  • D. C. Edelstein : 214th ECS meeting (the Electrochemical Society), No.2073 (2008)
  • E. Misra, T. Daubenspeck, T. Wassick, G. J. Scott, K. Tunga, G. Lafontant, D. Questad, G. Osborne and T. Sullivan : Proc. of Electronic Components and Technology Conference (ECTC) 2012, pp.571-576 (2012)
  • K. Okamoto, M. Kuzuno and T. Nishio : Proc. of International Conference on Electronics Packaging, pp.353-358 (2007)
  • M. Kuzuno, H. Noma and T. Nishio : Proc. of International Conference on Electronics Packaging, pp.109-114 (2008)
  • Y. Sato and H. Miura : Proc. of InterPACK’05, IPACK2005-73109 in CD-ROM (2005)
  • 苅谷義治：エレクトロニクス実装学会誌，Vol.11 No.5，pp.368-374 （2008）
  • 西山達也，纐纈英之，高橋恭平，小川武史，大澤直：エレクトロニクス実装学会誌，Vol.9 No.3，pp.162-170（2006）
  • 岡大智，池田徹，宮崎則幸，松本圭司，小原さゆり，折井靖光，山田文明，嘉田守宏：Proc. Mate2013，pp.325-328 （2013）
  • Farooq, M.G., Graves-Abe, T.L., Landers, W.F., Kothandaraman, C., Himmel, B.A., Andry, P.S., Tsang, C.K., Sprogis, E., Volant, R.P., Petrarca, K.S., Winstel, K.R., Safran, J.M., Sullivan, T.D., Chen, F., Shapiro, M.J., Hannon, R., Liptak, R., Berger and D., Iyer, S.S. : International Electron Devices Meeting, Dec.2011, pp.7.1.1-7.1.4 (2011)
  • S. Gurrum, S. Suman, Y. Joshi, A. Fedorov : IEEE Transactions on Device and Materials Reliability, Vol.4, pp.709 (2004)
  • K. Matsumoto and Y. Taira : Proc. of Semi Therm 2009, pp.321-328 (2009)
  • 熱伝導率・熱拡散率の制御と測定評価方法，サイエンス&テクノロジー株式会社 （2009）
  • K. Matsumoto, S. Ibaraki, K. Sueoka, K. Sakuma, H. Kikuchi, Y. Orii, F. Yamada, K. Fujihara, J. Takamatsu and K. Kondo : Proc. of 29th Annual IEEE Semiconductor Thermal Measurement and Management Symposium (Semi Therm), p.1 (2013)

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