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【特集】 創刊27周年特集 スズウィスカー対策の最新動向―2
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スズウィスカーによる機器故障の歴史
History of Tin Whisker Electronics Failures
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菅沼克昭(大阪大学 産業科学研究所 教授)
スズウィスカーは1940年代から1950年代にかけて多くの機器故障を引き起こした。2000年以降の実装鉛フリー化に伴い,再び機器故障への懸念が広まっている。本稿では,公表されている範囲で主立った機器故障を紹介し,今後のリスクマネージメントの情報としたい。
【目次】
1. スズウィスカーによる故障の歴史
2. 1950年代
3. 近年のウィスカーを原因とする故障の報告
3.1 レーザーダイオードのダイアタッチで生じたウィスカー
3.2 亜鉛鋼板の亜鉛めっきで生じたウィスカー
3.3 衛星や航空機のウィスカーによる故障
3.4 スペースシャトルのフライトコントロールボックスのウィスカーによる故障
3.5 原子炉の緊急シャットダウンを引き起こしたウィスカーによる故障
3.6 時計の故障
4. おわりに
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微細アイランド工法
Minute Island Method of Construction
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竹内誠(元 日本ビクター(株) 生産技術研究所)
当初,光沢面はウィスカーが発生しやすいという業界情報があった。応力伝達性が良く,応力集中点でSnが押し出され,表面を伝わってのSn連続供給性が良いためととらえ,めっき構造全体を微細区分(アイランド)化することで応力伝達性を抑え,Sn供給源を断てると考え,独自工法をFPCに量産展開し,TMS(米国)に技術紹介(共著:大阪大学)も行った。
【目次】
1. はじめに
2. 各種微細アイランド工法
2.1 微細ボール吹き付け工法
2.2 疎化技術の導入
2.3 その他工法での微細アイランド化
3. JMI工法について
4. ウィスカー評価結果
4.1 評価:第1ステップ
4.2 評価:第2ステップ
(1) JMI工法の見直し
(2) 業界課題
5. おわりに
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スズ銅2層めっきによるウィスカー抑制
Tin Copper Alloy Double-layered Plating Mitigating Tin Whiskers
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于 強(横浜国立大学 大学院 工学研究院 准教授)
澁谷忠弘(横浜国立大学 大学院 工学研究院 特別研究教員)
外園晴己(ユケン工業(株) 化学品事業部 機能品営業グループ 電子課 課長)
楠義則(ユケン工業(株) 技術部 電子チーム サブリーダー)
2層めっき構造によるウィスカー抑制効果について紹介した。自然発生型ウィスカーに対して優れた耐性を有している無光沢スズ銅めっきの表層を半光沢めっきで被覆した2層めっきについて,外圧によるウィスカー形成に対する抵抗性を検証した。各めっき層の機械的特性の差によって応力緩和効果が存在している。本効果は,ウィスカー抑制傾向と定性的に一致している。
【目次】
1. はじめに
2. スズ銅めっきの基本特性
2.1 微視構造
2.2 機械的特性
2.3 自然発生型ウィスカー耐性評価
3. スズ銅2層めっきにおける外圧型ウィスカー評価
3.1 めっき膜のクリープ特性評価
3.2 球圧子押し込み試験の応力場評価
4. おわりに
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表面ナノめっき
Properties of Surface Coated Sn Plating
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金槿銖(大阪大学 産業科学研究所 助教)
菅沼克昭(大阪大学 産業科学研究所 教授)
辻本雅宣(上村工業(株) 中央研究所 第二開発部 主任研究員)
梁田勇(上村工業(株) 中央研究所 第二開発部 主任研究員)
本章では,Snめっき表面状態の制御に着目し,Snウィスカー抑制策として開発した表面ナノめっき(Snめっき上に金属フラッシュめっき処理)の構造,大気中を含む各種雰囲気での長時間放置および外圧下でのSnウィスカー抑制効果,濡れ性などの基礎特性について説明する。
【目次】
1. はじめに
2. 表面ナノめっきの構造
3. 常温放置での効果
4. 外圧下放置における表面ナノめっきの効果
5. はんだ濡れ性
6. おわりに
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耐ウィスカー性Snめっき,Sn-Agめっき
Whisker-suppressed Tin Plating and Sn-Ag Alloy Plating
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君塚亮一(荏原ユージライト(株) 総合研究所 所長)
時尾香苗(荏原ユージライト(株) 総合研究所 第1開発室 課長)
環境問題から,従来のSn-PbめっきからSn-Ag,Sn-Bi,Sn-Cu合金めっきおよび Snめっきへの変更がなされた。しかし,Pbフリー化されたことに伴い,ウィスカー発生という問題がクローズアップされるようになった。本稿では,当社ウィスカー抑制SnめっきおよびSn-Agめっきプロセスについて述べる。
【目次】
1. はじめに
2. ウィスカー発生メカニズム
3. 従来のウィスカー抑制技術と新ウィスカー抑制Snめっき「ウィスカバスター」プロセスの比較
4. ウィスカー抑制のメカニズム
4.1 「ウィスカバスター」プロセスの特徴
4.2 ウィスカー抑制ポイントについて
(1) エッチングにより素材の応力を低減
(2) ウィスカー抑制剤によりCuSn金属間化合物の形成状態を制御
(3) Snめっき被膜の粒径をコントロール
(4) めっき被膜の経時による応力変化を抑制
5. 「ウィスカバスター」プロセスの被膜特性について
5.1 はんだ濡れ性
5.2 めっき被膜中のC(炭素),S(硫黄),N(窒素)共析量
6. Sn-Agめっきの被膜特性について
6.1 SEIIプロセスのウィスカー抑制効果
6.2 はんだ濡れ性
7. おわりに
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耐ウィスカーSn-Biめっき
Tin-Bismuth Plating Technology for Tin Whisker Mitigation
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藤村一正(石原薬品(株) 第二研究部 開発二課 課長)
Sn-Biめっきは,スズウィスカー対策の一つである。Snめっきで決定的な抑制策がない42合金上の温度サイクル試験でも,Sn-Pbめっきと同等のウィスカー感受性である。また最近問題となっているコネクターなどの嵌合ウィスカーに対してもSn-Pbめっきに準ずる性能を有している。かねてから懸念されているもろい性質についても,ビスマス濃度4%までなら問題がないことがわかった。
【目次】
1. はじめに
2. Sn-Biめっきのウィスカー試験
2.1 内部応力型ウィスカーについて
2.2 外部応力型ウィスカーについて
3. Sn-Biのウィスカー抑制メカニズム
3.1 内部応力型ウィスカーのウィスカー抑制メカニズム
3.2 外部応力型ウィスカーのウィスカー抑制メカニズム
4. Sn-Bi合金めっきの原理,特性,管理
4.1 Sn-Biめっき液組成
4.2 Sn-Biめっき被膜特性
5. 今後の課題,展望
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ウィスカー抑制めっきの提案
Suggestion of the Whisker Restraint Plating
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俵文利(パナソニック四国エレクトロニクス(株) デバイスプロダクツBU 技術4グループ GMグループマネージャー(参事))
2003年,RoHS対策に際して発生したスズウィスカーによるFPCとコネクターによる短絡事故が発端となった。従来から議論されてきためっきの内部応力と違い,外部応力に起因することがJEITAなどでも議論され,以降さまざまな対策が検討されてきたにもかかわらず,根本対策が確立するまでには至っていない。今回,検討・導入を図ったスズ銀めっきについて紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. ウィスカーの発生要因
3. 嵌合によるウィスカーの発生と対策
4. 外圧ウィスカーの抑制策
5. Sn-Ag複合めっきの抑制方法―新めっきプロセスのウィスカー対策
5.1 Ag3Snのネットワーク効果(応力緩和)
5.2 スズめっき工程でのAgの分散とスズめっき膜の成長
5.3 応力に対する効果
5.4 断面構造について
6. Sn-Agの抑制効果
7. おわりに
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Material Report
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R&D
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金属ハイドライド還元法による鉄化合物の合成
Novel Iron Oxides obtained by Metal-hydride as a Reductant
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陰山洋(京都大学 大学院 理学研究科 化学専攻 准教授)
セドリック・タッセル(世土陸達競)(京都大学 大学院 理学研究科 化学専攻 博士課程)
辻本吉廣(京都大学 大学院 理学研究科 化学専攻 博士課程 (学振特別研究員))
山本隆文(京都大学 大学院 理学研究科 化学専攻 修士課程)
渡邉貴志(京都大学 大学院 理学研究科 化学専攻 修士課程)
吉村一良(京都大学 大学院 理学研究科 化学専攻 教授)
一般に遷移金属酸化物には酸素不定比性が存在する。酸素欠損の導入は遷移金属の価数を下げること(還元)に対応するため,これにより構造化学としての興味のみならず,新しい機能性が期待される。通常,遷移金属酸化物の還元には気相反応や溶液反応が用いられる。筆者らは最近,鉄酸化物に対して金属ハイドライドを用いた低温固相反応を行うことによって,通常の手法よりはるかに多くの欠損を導入することに成功した。得られた物質は鉄が酸素により平面状に囲まれた画期的な配位状態をもつ。
【目次】
1. ペロブスカイト酸化物の特徴
2. 鉄無限層酸化物の誕生
3. 合成方法について
4. 置換系までできた!
5. 低温での酸素吸収
6. おわりに
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Market data
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ナノインプリントの市場動向
Market Trend on Nanoinprinting
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【目次】
1. 概要
2. 用途
3. 市場規模
4. 企業動向
(1) SCIVAX
(2) アイトリックス/ナノニクス
(3) EV Group(EVG)
(4) 日立製作所
(5) キヤノンマーケティングジャパン
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スズウィスカーによる機器故障の歴史
History of Tin Whisker Electronics Failures
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菅沼克昭(大阪大学 産業科学研究所 教授)
スズウィスカーは1940年代から1950年代にかけて多くの機器故障を引き起こした。2000年以降の実装鉛フリー化に伴い,再び機器故障への懸念が広まっている。本稿では,公表されている範囲で主立った機器故障を紹介し,今後のリスクマネージメントの情報としたい。
【目次】
1. スズウィスカーによる故障の歴史
2. 1950年代
3. 近年のウィスカーを原因とする故障の報告
3.1 レーザーダイオードのダイアタッチで生じたウィスカー
3.2 亜鉛鋼板の亜鉛めっきで生じたウィスカー
3.3 衛星や航空機のウィスカーによる故障
3.4 スペースシャトルのフライトコントロールボックスのウィスカーによる故障
3.5 原子炉の緊急シャットダウンを引き起こしたウィスカーによる故障
3.6 時計の故障
4. おわりに
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微細アイランド工法
Minute Island Method of Construction
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竹内誠(元 日本ビクター(株) 生産技術研究所)
当初,光沢面はウィスカーが発生しやすいという業界情報があった。応力伝達性が良く,応力集中点でSnが押し出され,表面を伝わってのSn連続供給性が良いためととらえ,めっき構造全体を微細区分(アイランド)化することで応力伝達性を抑え,Sn供給源を断てると考え,独自工法をFPCに量産展開し,TMS(米国)に技術紹介(共著:大阪大学)も行った。
【目次】
1. はじめに
2. 各種微細アイランド工法
2.1 微細ボール吹き付け工法
2.2 疎化技術の導入
2.3 その他工法での微細アイランド化
3. JMI工法について
4. ウィスカー評価結果
4.1 評価:第1ステップ
4.2 評価:第2ステップ
(1) JMI工法の見直し
(2) 業界課題
5. おわりに
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スズ銅2層めっきによるウィスカー抑制
Tin Copper Alloy Double-layered Plating Mitigating Tin Whiskers
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于 強(横浜国立大学 大学院 工学研究院 准教授)
澁谷忠弘(横浜国立大学 大学院 工学研究院 特別研究教員)
外園晴己(ユケン工業(株) 化学品事業部 機能品営業グループ 電子課 課長)
楠義則(ユケン工業(株) 技術部 電子チーム サブリーダー)
2層めっき構造によるウィスカー抑制効果について紹介した。自然発生型ウィスカーに対して優れた耐性を有している無光沢スズ銅めっきの表層を半光沢めっきで被覆した2層めっきについて,外圧によるウィスカー形成に対する抵抗性を検証した。各めっき層の機械的特性の差によって応力緩和効果が存在している。本効果は,ウィスカー抑制傾向と定性的に一致している。
【目次】
1. はじめに
2. スズ銅めっきの基本特性
2.1 微視構造
2.2 機械的特性
2.3 自然発生型ウィスカー耐性評価
3. スズ銅2層めっきにおける外圧型ウィスカー評価
3.1 めっき膜のクリープ特性評価
3.2 球圧子押し込み試験の応力場評価
4. おわりに
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表面ナノめっき
Properties of Surface Coated Sn Plating
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金槿銖(大阪大学 産業科学研究所 助教)
菅沼克昭(大阪大学 産業科学研究所 教授)
辻本雅宣(上村工業(株) 中央研究所 第二開発部 主任研究員)
梁田勇(上村工業(株) 中央研究所 第二開発部 主任研究員)
本章では,Snめっき表面状態の制御に着目し,Snウィスカー抑制策として開発した表面ナノめっき(Snめっき上に金属フラッシュめっき処理)の構造,大気中を含む各種雰囲気での長時間放置および外圧下でのSnウィスカー抑制効果,濡れ性などの基礎特性について説明する。
【目次】
1. はじめに
2. 表面ナノめっきの構造
3. 常温放置での効果
4. 外圧下放置における表面ナノめっきの効果
5. はんだ濡れ性
6. おわりに
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耐ウィスカー性Snめっき,Sn-Agめっき
Whisker-suppressed Tin Plating and Sn-Ag Alloy Plating
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君塚亮一(荏原ユージライト(株) 総合研究所 所長)
時尾香苗(荏原ユージライト(株) 総合研究所 第1開発室 課長)
環境問題から,従来のSn-PbめっきからSn-Ag,Sn-Bi,Sn-Cu合金めっきおよび Snめっきへの変更がなされた。しかし,Pbフリー化されたことに伴い,ウィスカー発生という問題がクローズアップされるようになった。本稿では,当社ウィスカー抑制SnめっきおよびSn-Agめっきプロセスについて述べる。
【目次】
1. はじめに
2. ウィスカー発生メカニズム
3. 従来のウィスカー抑制技術と新ウィスカー抑制Snめっき「ウィスカバスター」プロセスの比較
4. ウィスカー抑制のメカニズム
4.1 「ウィスカバスター」プロセスの特徴
4.2 ウィスカー抑制ポイントについて
(1) エッチングにより素材の応力を低減
(2) ウィスカー抑制剤によりCuSn金属間化合物の形成状態を制御
(3) Snめっき被膜の粒径をコントロール
(4) めっき被膜の経時による応力変化を抑制
5. 「ウィスカバスター」プロセスの被膜特性について
5.1 はんだ濡れ性
5.2 めっき被膜中のC(炭素),S(硫黄),N(窒素)共析量
6. Sn-Agめっきの被膜特性について
6.1 SEIIプロセスのウィスカー抑制効果
6.2 はんだ濡れ性
7. おわりに
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耐ウィスカーSn-Biめっき
Tin-Bismuth Plating Technology for Tin Whisker Mitigation
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藤村一正(石原薬品(株) 第二研究部 開発二課 課長)
Sn-Biめっきは,スズウィスカー対策の一つである。Snめっきで決定的な抑制策がない42合金上の温度サイクル試験でも,Sn-Pbめっきと同等のウィスカー感受性である。また最近問題となっているコネクターなどの嵌合ウィスカーに対してもSn-Pbめっきに準ずる性能を有している。かねてから懸念されているもろい性質についても,ビスマス濃度4%までなら問題がないことがわかった。
【目次】
1. はじめに
2. Sn-Biめっきのウィスカー試験
2.1 内部応力型ウィスカーについて
2.2 外部応力型ウィスカーについて
3. Sn-Biのウィスカー抑制メカニズム
3.1 内部応力型ウィスカーのウィスカー抑制メカニズム
3.2 外部応力型ウィスカーのウィスカー抑制メカニズム
4. Sn-Bi合金めっきの原理,特性,管理
4.1 Sn-Biめっき液組成
4.2 Sn-Biめっき被膜特性
5. 今後の課題,展望
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ウィスカー抑制めっきの提案
Suggestion of the Whisker Restraint Plating
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俵文利(パナソニック四国エレクトロニクス(株) デバイスプロダクツBU 技術4グループ GMグループマネージャー(参事))
2003年,RoHS対策に際して発生したスズウィスカーによるFPCとコネクターによる短絡事故が発端となった。従来から議論されてきためっきの内部応力と違い,外部応力に起因することがJEITAなどでも議論され,以降さまざまな対策が検討されてきたにもかかわらず,根本対策が確立するまでには至っていない。今回,検討・導入を図ったスズ銀めっきについて紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. ウィスカーの発生要因
3. 嵌合によるウィスカーの発生と対策
4. 外圧ウィスカーの抑制策
5. Sn-Ag複合めっきの抑制方法―新めっきプロセスのウィスカー対策
5.1 Ag3Snのネットワーク効果(応力緩和)
5.2 スズめっき工程でのAgの分散とスズめっき膜の成長
5.3 応力に対する効果
5.4 断面構造について
6. Sn-Agの抑制効果
7. おわりに
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Material Report
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R&D
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金属ハイドライド還元法による鉄化合物の合成
Novel Iron Oxides obtained by Metal-hydride as a Reductant
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陰山洋(京都大学 大学院 理学研究科 化学専攻 准教授)
セドリック・タッセル(世土陸達競)(京都大学 大学院 理学研究科 化学専攻 博士課程)
辻本吉廣(京都大学 大学院 理学研究科 化学専攻 博士課程 (学振特別研究員))
山本隆文(京都大学 大学院 理学研究科 化学専攻 修士課程)
渡邉貴志(京都大学 大学院 理学研究科 化学専攻 修士課程)
吉村一良(京都大学 大学院 理学研究科 化学専攻 教授)
一般に遷移金属酸化物には酸素不定比性が存在する。酸素欠損の導入は遷移金属の価数を下げること(還元)に対応するため,これにより構造化学としての興味のみならず,新しい機能性が期待される。通常,遷移金属酸化物の還元には気相反応や溶液反応が用いられる。筆者らは最近,鉄酸化物に対して金属ハイドライドを用いた低温固相反応を行うことによって,通常の手法よりはるかに多くの欠損を導入することに成功した。得られた物質は鉄が酸素により平面状に囲まれた画期的な配位状態をもつ。
【目次】
1. ペロブスカイト酸化物の特徴
2. 鉄無限層酸化物の誕生
3. 合成方法について
4. 置換系までできた!
5. 低温での酸素吸収
6. おわりに
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Market data
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ナノインプリントの市場動向
Market Trend on Nanoinprinting
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【目次】
1. 概要
2. 用途
3. 市場規模
4. 企業動向
(1) SCIVAX
(2) アイトリックス/ナノニクス
(3) EV Group(EVG)
(4) 日立製作所
(5) キヤノンマーケティングジャパン
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