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創刊27周年特集:スズウィスカー対策の最新動向―1
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特集にあたって
Introduction
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菅沼克昭(大阪大学 産業科学研究所 教授)
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スズウィスカー研究の最新動向
Overview on Sn Whisker Research
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菅沼克昭(大阪大学 産業科学研究所 教授)
金槿銖(大阪大学 産業科学研究所 助教)
スズウィスカーの発生原因は,根本はスズや他の元素の拡散になる。拡散を加速する要因は,環境条件から,室温,温度サイクル,外圧,腐食,エレクトロマイグレーションの5つに分類される。本稿では,これらの要因がいかにウィスカー発生に影響を及ぼすかを概説した。
【目次】
1. 低融点金属とウィスカー発生
2. スズウィスカーの発生に及ぼす5つの基本環境とウィスカーの結晶学的理解
3. 室温ウィスカーの発生・成長
4. 温度サイクル(熱衝撃)ウィスカーの発生・成長
5. 酸化・腐食ウィスカーの発生・成長
6. 外圧ウィスカーの発生・成長
7. ウィスカー研究の今後
--------------------------------------------------------------------------------
ウィスカー信頼性試験方法の標準化について
Standardization of Whisker Test Methods
--------------------------------------------------------------------------------
坂本一三(オムロン(株) ECBカンパニー コネクタ事業部 主査)
この章では,ウィスカーの信頼性の評価方法として,2000年ころから世界で開発され具体的に運用されているウィスカー試験方法の数々を,その相互の関係や電子実装の中での位置づけとともに紹介する。また後半では,JEITAでの活動情報を中心に,試験方法とその運用方法,今後の課題について説明する。
【目次】
1. 端子表面処理とウィスカー試験方法の歴史
2. ウィスカーの試験方法の故障モードと成長メカニズム
3. 試験の運用課題について
3.1 試験時間(加速係数)について
3.1.1 室温試験(Cu6Sn5の生成によるウィスカー試験)の加速性
3.1.2 腐食試験(スズの酸化によるウィスカー成長試験)の加速性
3.1.3 環境温度の変化(CTEの不一致によるウィスカー成長試験)の加速性
3.2 試験数量について
4. ウィスカーの成長と試験方法の今後について
--------------------------------------------------------------------------------
外部応力型ウィスカーの現状と課題
Current Situation and Challenges of External Stress Type Whisker
--------------------------------------------------------------------------------
森内裕之(第一電子工業(株) 生産技術開発第二部 部長)
本報では主に,電子部品のSn系メッキに外部から機械的な応力が加わって発生する外部応力型ウィスカーの,JEITA((社)日本電子情報技術産業協会)を含めた研究開発状況について述べる。
【目次】
1. はじめに
2. 外部応力型ウィスカーと内部応力型ウィスカー
3. 外部応力型ウィスカーの特徴
3.1 ウィスカーの発生成長環境
3.2 ウィスカーの成長
3.3 実装時の熱のウィスカー成長に及ぼす影響
4. コネクター構造とウィスカー
5. ウィスカー抑制方法
6. ウィスカー試験方法
7. ウィスカー発生成長メカニズムの解明
8. 今後のウィスカーについての検討
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外圧によるウィスカー発生メカニズム
Growth Mechanism of Pressure Induced Tin Whisker
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澁谷忠弘(横浜国立大学 大学院 工学研究院 特別研究教員)
外圧によるスズウィスカー発生・成長メカニズムについて検討した。クリープ理論をベースとする外圧によるウィスカー形成モデルを示すとともに,その有効性がこれまでに報告された実験結果をもとに検証された。さらに,拡散に基づくウィスカー成長モデルを用いてウィスカー最大長の定量的な予測の可能性について検証した。
【目次】
1. はじめに
2. ウィスカー発生モデル
3. めっき膜の機械的性質
3.1 ナノインデンテーション試験
3.2 めっき膜のクリープ特性
4. めっき内部の応力解析とウィスカー評価
4.1 電子部品の外圧型ウィスカー評価試験
5. 圧力によるウィスカー成長モデル
6. おわりに
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外部応力型ウィスカーの評価方法の提案とウィスカーの挙動
The Proposals of Evaluation Test for the External Force Type Whisker and their Whisker Growth
--------------------------------------------------------------------------------
藤野秀人(元 山一電機(株) R&Dセンター シニアプロフェッショナル)
凸形状コンタクトのアクリル板ウィスカー試験は一般的に,加圧の大きさによりウィスカーの発生・成長も異なる。ここでは実際のコンタクトの接触を想定し,ウィスカーの発生・成長を連続観察可能なAcrylic window through test を紹介する。また,平面状のめっき試料での連続観察可能な凸レンズとアクリル板との組み合わせ観察ジグを紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 外部応力型ウィスカー試験の概要
2.1 簡易荷重試験ジグでの試験法
3. アクリル板圧子ウィスカー試験(Acrylic Plate Indenter Test)
3.1 実験I―圧子材料と加圧条件を要因とした加圧試験
3.1.1 実験条件
3.1.2 実験方法
3.1.3 実験結果
3.2 実験II―アクリル板圧子での加圧試験
3.2.1 実験条件
3.2.2 実験方法
3.2.3 実験結果
4. 透明アクリル板ウィスカー観察ジグ試験
4.1 概要
4.2 実験III―バネ性コンタクトに変位を与える方法(Acrylic Window Through Test Springy method)
4.2.1 実験条件
4.2.2 試験方法
4.2.3 実験結果
4.3 実験IV―スペーサーで変位を与える方法(Acrylic Window Through Test Rigid method)
4.3.1 実験条件
4.3.2 試験方法
4.3.3 実験結果
4.4 考察と推奨
(1) 実験IIIについて
(2) 実験IVについて
(3) アクリルウィスカー観察ジグ試験(Acrylic Window Through Test)におけるジグの寸法関係と試料の位置関係の推奨方法
5. 凸レンズとアクリル板観察ジグとの組み合わせによるウィスカー試験(Convex Indenter & Acrylic Plate Test)
5.1 実験V
5.2 実験条件
5.3 実験方法
5.4 実験結果
5.5 考察
6. おわりに
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はんだウィスカー発生メカニズム究明への取り組みと今後の課題
Study and Future Problem on Investigation of Solder Whisker Growth Mechanism
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津久井勤(リサーチラボ・ツクイ 代表)
環境調和の観点から対応が迫られている電子機器実装の鉛フリー化の中で,めっきやはんだからのウィスカー抑制対策が急がれている。本稿では,なかでもはんだからのウィスカーの発生について取り上げている。このウィスカーは最近になって取り上げられるようになった背景もあり,その手始めとしてウィスカー発生の状況を把握し,そのメカニズム究明の糸口を見いだすことをねらいとして検討した。この種のウィスカーは高温湿度環境におけるはんだの腐食がウィスカーの発生要因になっていることについて述べる。
【目次】
1. はじめに
2. 実験の方法
2.1 試料の種類とその製作条件
2.1.1 第一次試作
2.1.2 第二次試作
2.2 実験条件
3. 実験結果
3.1 第一次試験結果
3.1.1 Sn-Pbはんだ
3.1.2 鉛フリーはんだ
3.2 第二次試験結果
4. ウィスカー発生個所の解析
4.1 発生個所の観察方法
4.2 解析結果
5. 今後の課題
6. おわりに
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Material Report
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Review
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エマルション燃料の開発動向
Developmental Trend of Emulsified Fuels
--------------------------------------------------------------------------------
渡邉孝司(久留米工業大学 大学院 工学研究科 自動車システム工学専攻 教授)
エマルション燃料は古くからNOx,SootやPMの同時低減可能な技術として広く知られるが,最近再注目され,同燃料のミクロ爆発効果により燃焼が改善されて,大幅な燃費低減も可能な新燃料という誤った情報が出回っている。ここでは内燃機関と外燃機関への同燃料の適用について,正しい知見と開発動向を最新の文献をもとに記述する。
【目次】
1. はじめに
2. エマルション燃料の作製方法
3. 乳化剤の種類および乳化剤不要の技術
4. エマルションの物理的および化学的特性
4.1 クリーミング,相分離率と水分離
4.2 ミクロ爆発効果
4.3 水性ガス反応
5. エマルション燃料の現状と開発動向
5.1 内燃機関用エマルションの現状と開発動向
5.2 外燃機関(ボイラー,バーナー)用エマルションの現状と開発動向
5.3 エマルション燃料の課題
6. おわりに
--------------------------------------------------------------------------------
シリーズ 分子エレクトロニクスの基盤技術
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バイオコンピューター
Biocomputer
--------------------------------------------------------------------------------
川名明夫(拓殖大学 工学部 電子システム工学科 教授)
【目次】
1. はじめに
2. バイオサイバネティックスからニューロコンピューターへ
3. 神経科学の進展とバイオコンピューター
4. 神経回路とコンピューターのインターフェ-ス
5. バイオコンピューターの展望
--------------------------------------------------------------------------------
Market data
--------------------------------------------------------------------------------
バイオプラスチックの市場動向
Market Trend on Bio-plastics
--------------------------------------------------------------------------------
【目次】
1. 概要
2. 種類
2.1 生分解性プラスチック
2.2 バイオマスプラスチック
3. 用途
3.1 生分解性プラスチック
3.2 バイオマスプラスチック
4. 市場動向
5.課題
6.企業動向
(1) 昭和高分子
(2) 帝人
(3) ユニチカ
(4) NEC
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特集にあたって
Introduction
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菅沼克昭(大阪大学 産業科学研究所 教授)
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スズウィスカー研究の最新動向
Overview on Sn Whisker Research
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菅沼克昭(大阪大学 産業科学研究所 教授)
金槿銖(大阪大学 産業科学研究所 助教)
スズウィスカーの発生原因は,根本はスズや他の元素の拡散になる。拡散を加速する要因は,環境条件から,室温,温度サイクル,外圧,腐食,エレクトロマイグレーションの5つに分類される。本稿では,これらの要因がいかにウィスカー発生に影響を及ぼすかを概説した。
【目次】
1. 低融点金属とウィスカー発生
2. スズウィスカーの発生に及ぼす5つの基本環境とウィスカーの結晶学的理解
3. 室温ウィスカーの発生・成長
4. 温度サイクル(熱衝撃)ウィスカーの発生・成長
5. 酸化・腐食ウィスカーの発生・成長
6. 外圧ウィスカーの発生・成長
7. ウィスカー研究の今後
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ウィスカー信頼性試験方法の標準化について
Standardization of Whisker Test Methods
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坂本一三(オムロン(株) ECBカンパニー コネクタ事業部 主査)
この章では,ウィスカーの信頼性の評価方法として,2000年ころから世界で開発され具体的に運用されているウィスカー試験方法の数々を,その相互の関係や電子実装の中での位置づけとともに紹介する。また後半では,JEITAでの活動情報を中心に,試験方法とその運用方法,今後の課題について説明する。
【目次】
1. 端子表面処理とウィスカー試験方法の歴史
2. ウィスカーの試験方法の故障モードと成長メカニズム
3. 試験の運用課題について
3.1 試験時間(加速係数)について
3.1.1 室温試験(Cu6Sn5の生成によるウィスカー試験)の加速性
3.1.2 腐食試験(スズの酸化によるウィスカー成長試験)の加速性
3.1.3 環境温度の変化(CTEの不一致によるウィスカー成長試験)の加速性
3.2 試験数量について
4. ウィスカーの成長と試験方法の今後について
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外部応力型ウィスカーの現状と課題
Current Situation and Challenges of External Stress Type Whisker
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森内裕之(第一電子工業(株) 生産技術開発第二部 部長)
本報では主に,電子部品のSn系メッキに外部から機械的な応力が加わって発生する外部応力型ウィスカーの,JEITA((社)日本電子情報技術産業協会)を含めた研究開発状況について述べる。
【目次】
1. はじめに
2. 外部応力型ウィスカーと内部応力型ウィスカー
3. 外部応力型ウィスカーの特徴
3.1 ウィスカーの発生成長環境
3.2 ウィスカーの成長
3.3 実装時の熱のウィスカー成長に及ぼす影響
4. コネクター構造とウィスカー
5. ウィスカー抑制方法
6. ウィスカー試験方法
7. ウィスカー発生成長メカニズムの解明
8. 今後のウィスカーについての検討
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外圧によるウィスカー発生メカニズム
Growth Mechanism of Pressure Induced Tin Whisker
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澁谷忠弘(横浜国立大学 大学院 工学研究院 特別研究教員)
外圧によるスズウィスカー発生・成長メカニズムについて検討した。クリープ理論をベースとする外圧によるウィスカー形成モデルを示すとともに,その有効性がこれまでに報告された実験結果をもとに検証された。さらに,拡散に基づくウィスカー成長モデルを用いてウィスカー最大長の定量的な予測の可能性について検証した。
【目次】
1. はじめに
2. ウィスカー発生モデル
3. めっき膜の機械的性質
3.1 ナノインデンテーション試験
3.2 めっき膜のクリープ特性
4. めっき内部の応力解析とウィスカー評価
4.1 電子部品の外圧型ウィスカー評価試験
5. 圧力によるウィスカー成長モデル
6. おわりに
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外部応力型ウィスカーの評価方法の提案とウィスカーの挙動
The Proposals of Evaluation Test for the External Force Type Whisker and their Whisker Growth
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藤野秀人(元 山一電機(株) R&Dセンター シニアプロフェッショナル)
凸形状コンタクトのアクリル板ウィスカー試験は一般的に,加圧の大きさによりウィスカーの発生・成長も異なる。ここでは実際のコンタクトの接触を想定し,ウィスカーの発生・成長を連続観察可能なAcrylic window through test を紹介する。また,平面状のめっき試料での連続観察可能な凸レンズとアクリル板との組み合わせ観察ジグを紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 外部応力型ウィスカー試験の概要
2.1 簡易荷重試験ジグでの試験法
3. アクリル板圧子ウィスカー試験(Acrylic Plate Indenter Test)
3.1 実験I―圧子材料と加圧条件を要因とした加圧試験
3.1.1 実験条件
3.1.2 実験方法
3.1.3 実験結果
3.2 実験II―アクリル板圧子での加圧試験
3.2.1 実験条件
3.2.2 実験方法
3.2.3 実験結果
4. 透明アクリル板ウィスカー観察ジグ試験
4.1 概要
4.2 実験III―バネ性コンタクトに変位を与える方法(Acrylic Window Through Test Springy method)
4.2.1 実験条件
4.2.2 試験方法
4.2.3 実験結果
4.3 実験IV―スペーサーで変位を与える方法(Acrylic Window Through Test Rigid method)
4.3.1 実験条件
4.3.2 試験方法
4.3.3 実験結果
4.4 考察と推奨
(1) 実験IIIについて
(2) 実験IVについて
(3) アクリルウィスカー観察ジグ試験(Acrylic Window Through Test)におけるジグの寸法関係と試料の位置関係の推奨方法
5. 凸レンズとアクリル板観察ジグとの組み合わせによるウィスカー試験(Convex Indenter & Acrylic Plate Test)
5.1 実験V
5.2 実験条件
5.3 実験方法
5.4 実験結果
5.5 考察
6. おわりに
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はんだウィスカー発生メカニズム究明への取り組みと今後の課題
Study and Future Problem on Investigation of Solder Whisker Growth Mechanism
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津久井勤(リサーチラボ・ツクイ 代表)
環境調和の観点から対応が迫られている電子機器実装の鉛フリー化の中で,めっきやはんだからのウィスカー抑制対策が急がれている。本稿では,なかでもはんだからのウィスカーの発生について取り上げている。このウィスカーは最近になって取り上げられるようになった背景もあり,その手始めとしてウィスカー発生の状況を把握し,そのメカニズム究明の糸口を見いだすことをねらいとして検討した。この種のウィスカーは高温湿度環境におけるはんだの腐食がウィスカーの発生要因になっていることについて述べる。
【目次】
1. はじめに
2. 実験の方法
2.1 試料の種類とその製作条件
2.1.1 第一次試作
2.1.2 第二次試作
2.2 実験条件
3. 実験結果
3.1 第一次試験結果
3.1.1 Sn-Pbはんだ
3.1.2 鉛フリーはんだ
3.2 第二次試験結果
4. ウィスカー発生個所の解析
4.1 発生個所の観察方法
4.2 解析結果
5. 今後の課題
6. おわりに
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Material Report
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Review
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エマルション燃料の開発動向
Developmental Trend of Emulsified Fuels
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渡邉孝司(久留米工業大学 大学院 工学研究科 自動車システム工学専攻 教授)
エマルション燃料は古くからNOx,SootやPMの同時低減可能な技術として広く知られるが,最近再注目され,同燃料のミクロ爆発効果により燃焼が改善されて,大幅な燃費低減も可能な新燃料という誤った情報が出回っている。ここでは内燃機関と外燃機関への同燃料の適用について,正しい知見と開発動向を最新の文献をもとに記述する。
【目次】
1. はじめに
2. エマルション燃料の作製方法
3. 乳化剤の種類および乳化剤不要の技術
4. エマルションの物理的および化学的特性
4.1 クリーミング,相分離率と水分離
4.2 ミクロ爆発効果
4.3 水性ガス反応
5. エマルション燃料の現状と開発動向
5.1 内燃機関用エマルションの現状と開発動向
5.2 外燃機関(ボイラー,バーナー)用エマルションの現状と開発動向
5.3 エマルション燃料の課題
6. おわりに
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シリーズ 分子エレクトロニクスの基盤技術
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バイオコンピューター
Biocomputer
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川名明夫(拓殖大学 工学部 電子システム工学科 教授)
【目次】
1. はじめに
2. バイオサイバネティックスからニューロコンピューターへ
3. 神経科学の進展とバイオコンピューター
4. 神経回路とコンピューターのインターフェ-ス
5. バイオコンピューターの展望
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Market data
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バイオプラスチックの市場動向
Market Trend on Bio-plastics
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【目次】
1. 概要
2. 種類
2.1 生分解性プラスチック
2.2 バイオマスプラスチック
3. 用途
3.1 生分解性プラスチック
3.2 バイオマスプラスチック
4. 市場動向
5.課題
6.企業動向
(1) 昭和高分子
(2) 帝人
(3) ユニチカ
(4) NEC
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