マテリアル インテグレーション 2002年11月号
特集　E-Gamglion/電子神経節

巻頭言
松下電器産業(株)　中尾研究所　技監　釘宮公一
　地球誕生以来,46 億年の暦年を生き延び発展してきた動物の体は上手く出来ている.中でもGanglion/神経節は積年の試練を経た素晴らしい機能性生体器官である.手足(アクチュエーター)や目鼻(センサー)などが効率良く機能しているが,ガングリオンはこれらを中継,制御しており,体の随所にある.知覚情報や運動指令などを伝達する神経が集中する連結部となっている.高等動物になるにつれて,脳や脊椎に発達分化し,要所要所に残った重要な中継点にあるガングリオンと協調して全体を制御している.個々の分散処理と集中処理を整然と実施し体を支えている究極の機能性デバイスと云える.昨今,バイオミミックと生体模倣を積極的に謳っているデバイスは多い.しかし,現在の高度な電子機器やシステムは自ずと生体の構成に近づいているのが現実であろう.高度な自己修復機能,修正機能を有した工作機械,大型構造物や人型ロボットが発達する程,その五感や運動機能を制御する信号制御,パワー制御系は高度化複雑化して生体と同様の発達に倣った分散制御デバイスとしてのE-Ganglion に定着すると期待される.ハードとソフトの融合した機能デバイスとして,重要な技術分野や市場を形成しよう.
　さて,次世代実装基板の開発が世界中で競われている.軽薄短小の先端的な携帯機器を担う高機能デバイスとして期待が大きい.SOP やSOC を目指し,超LSI を取り込む電子の住む世界のナノと現世のミリを繋ぐ技術開発である.素材,工法,構造,構成など多岐に亘った開発で多くの技術分野の協力や集積が必要である.その為に国の支援を下に産官学の広範な連携がなされており,主要な欧米亜の諸国では国家プロジェクトや大型タスクとして,この6 ,7 年来競われている.技術開発は企業の枠を越えて,国際レベルの技術開発,技術競争となっている.例えば,米国の実装タスクには,欧州亜企業はもとより多くの日本企業が参画している.
　実装基板からさらに高度化した革新的なE-Ganglion デバイスの開発には,更に一段と高い踏み込んだ技術開発協力や多様な集積が必要である.異分野,異業種の技術の総力を揚げた先行開発が必要な時期に掛かっている.特に,社会基盤を支えるシステム機器,ロボット等の等身大機器,マイクロ工場などの机上システム機器の発展に伴って,各部署を分散制御するE-Ganglion デバイスが必須とされる.信頼性や耐環境性も一段と厳しいものが求められる.ハードルの非常に高い開発となる.日本企業の実力が活き,リードすべき技術であり,チャンスである.本編には,E-Ganglion 開発に繋がる材料,工法,構成面について各界,各分野の方々の寄稿を収録した.

次世代実装基板はどう変っていくのか?-特に高周波対応関連の課題を中心に-
■著者
早稲田大学　理工学総合研究センター　教授　二瓶公志

■要約
最近我が国の電子産業は国際的なシェアの低下は目を覆うばかりであり,この原因は従来型の低コスト・大量生産・消費時代にかげりがみえはじめ,産業構造の変革がおきていることは論をまたない.これを打破していくためには日本の電子技術の土台である各種設計技術の拡大の深化,複合化,多様化が求められていると考える.そのためにもエレクトロニクス実装技術の重要度は更に増し,従来の半導体チップの機能を装置・システムに組み上げて行くと30〜40%も性能が低下する様な電子機器,装置は許されなくなって来ている.このためにも新しい機能性を持った基板・インターポーザー等を含めて新しい実装技術の開発が待たれている.特に通信機器に要求される周波数の更なる上昇,CPU機器のクロック周波数の上昇(更なる計算速度の向上,高機能・低コスト化対応)等に見られる電子機器の高周波数対応に関する課題を一度整理してみる必要を感じ,その一端をまとめてみた.特に材料・プロセスに照準をあててまとめてみた.


鉛フリー厚膜ペースト材料
■著者
田中貴金属工業株式会社　厚木工場　製造技術セクション　チーフマネージャー　瀬古　靖

■要約
厚膜ペースト中の鉛は酸化物としてガラスフリットに含有される.その安定性からハンダ材料のような金属成分と同様に考えるべきか否かの議論もあり,その鉛フリー化は比較的スローペースで進行してきた.厚膜ペーストではガラス成分の軟化により基体との接合を取るため,鉛フリー化により軟化温度が上がってしまい,接合強度が取りづらくなる副作用が懸念される.鉛を使用せずにガラス成分の軟化温度を下げるには,ソーダガラスに代表されるように,Naなどのアルカリ成分が有効だが,同成分のイオン化によるマイグレーションなどの不具合が容易に想像され,単純な置き換えは難しいと考えられる.しかし,鉛フリー化の流れは確実に進行し,酸化物としての安定性の議論も,“怪しきは罰する”的発想から,その要求が増えてきている.この要求の高まりに伴い鉛フリー化によるガラス特性の変化も,ビスマス,亜鉛,燐酸などの成分より代替可能性が広がり,ペースト化技術や導電材料の工夫を行なう事で,十分な特性が得られる厚膜ペースト材料の提供が可能となってきている.本稿では,弊社から提供可能となっている鉛フリーAg,AgPd,AgPt,Pt系導体材料,AgPd抵抗に加え,新規に開発された鉛フリーRuO2抵抗及びオーバーガラス材料に付きその特性を紹介する


低温焼成多層セラミック (LTCC) とその周辺技術
■著者
デュポン(株)　中央研究所　電子材料部門　技術部　小城　宏樹

■要約
ここ数年,携帯電話機市場の急激な拡大に伴い,低温焼成多層セラミック (LTCC) のRFデバイス/モジュール等への応用が注目を集めている.LTCC基板は,高周波特性や熱特性に優れており,感光性ペーストやロウ付け材等の厚膜ペースト技術との組み合わせで,多様なアプリケーションへの対応が可能である.また,受動素子を内蔵できることから小型化が必要なデバイスへの応用も期待できる.本報告では最近のLTCC技術の特徴およびそれを支える周辺技術について考察する.また,これまでLTCC基板を製造する際に問題となっていた,基板焼成時の収縮ばらつきを低減するための無収縮焼結プロセスについて紹介する.


ナノ粉砕・ナノ構造粒子
■著者
ホソカワミクロン(株)　研究開発カンパニー　粉体工学研究所　横山　豊和

■要約
ナノ粒子の作製方法は,物理的あるいは化学的に合成していくビルドアップ法と,主に機械的に微粒化していくブレイクダウン法に大別される.一般的には,シングルナノから100nm程度の領域の純度の高いナノ粒子の作製にはビルドアップ法が用いられるが,生産性やコスト,あるいは原料組成の制御などの点が問題になる場合が多い.一方,ブレイクダンウン法の代表的な粉砕法は,量産性はあるものの,以前はミクロン前後の粒度領域が限界であり,それ以下の微細な粉砕は困難であると考えられていた.ところが10年余り前より,電子セラミックス部品原料の液中粉砕などにおいて,サブミクロンないしはそれ以下のナノ領域の超微粉砕が実現され,粉砕法によってより細かいナノ粒子の作製が行われるようになってきている.さらに,粉砕法の大きなメリットは,プロセスがシンプルな点に加えて,複雑な組成系にも容易に対応できることにある.ここでは,まず粉砕の限界について考えると共に,その後の最近の研究動向の一端について紹介する.一方,固体微粒子に有効に力学的な力を加える粉砕機構を利用して,異種物質の粒子レベルでの複合化が図られているが,これらによってナノ領域の構造制御を試みた複合粒子作製のいくつかの例について述べる.


LCR集積化と積層技術
■著者
TDK(株)　回路デバイスビジネスグループ　安田克治

■要約
音声通話から始まった携帯電話は,今や写真から動画まで幅広いデータをやりとりし,かつ端末として各種アプリケーションの実行まで行っている.このような電子機器の小型高機能化は回路のデジタル化によるところが大きいが,一方電子部品に目を向けると半導体部品の高集積化とともに,LCR受動部品の小型集積化も大きな役割を果たしている.LCR受動部品の小型化,特にSMDチップ化は抵抗から始まり,キャパシタ,そして1980年最も構造が複雑なインダクタが積層工法により製品化された.この積層インダクタの登場により,LCR受動部品の集積化へ道が大きく開かれ,以後様々な応用製品が開発されるに至った.本稿では,LCR集積化の大きなキーポイントとなった積層インダクタを中心にLCR集積応用製品の開発技術について報告する.


薄層大容量積層セラミックコンデンサ
■著者
松下電子部品(株)　LCRデバイスカンパニー　セラミックビジネスユニット　長井淳夫　他

■要約
積層セラミックコンデンサを大容量化するためには,誘電体セラミックを薄層化することが必須である.高誘電率でかつ薄層可能な誘電体材料を設計する上で,今後ますますチタン酸バリウム性状の探求,添加物組成の最適化,それらの高分散化技術確立の重要性が増大すると考えられる.また本報告においては薄層化材料に関する考え方の一部を述べたに過ぎない.材料技術のみならず,薄層シート成形技術や薄層シートの高積層化技術も確実に進歩しており,1マイクロメーター以下の誘電体層で千層を越える積層数を有する大容量積層セラミックコンデンサが近い将来登場するにちがいない.


次世代ALIVH
■著者
松下電器産業(株)　デバイス開発センター　冨田　佳宏

■要約
携帯電話やデジタルカメラなどのモバイル機器は,急速に小型・軽量化,高性能化することでその市場を伸ばしてきた.ALIVHは,これらのモバイル機器の高密度実装に有利な“全層IVH構造”を特徴とする樹脂多層配線基板として開発され,1996年に量産化され携帯電話の小型化に貢献,さらに1998年にはベアチップ実装基板ALIVH-Bを量産化し,半導体パッケージ基板レベルへと進化を遂げてきた今後のモバイル機器は,さらに,様々な機能を融合したネットワーク端末機器へと進化が期待され,これを支える高密度実装技術にも更なる革新が求められる.この要求に対するALIVH基板の次世代の姿として,機能化および微細化の開発について,ALIVHの核となる層間接続技術を中心に紹介する.


最近のセラミックス・パッケージ
■著者
京セラ(株)　総合研究所　半導体部品開発部　石田　政信　他

■要約
これまで熱的特性,機械的特性,電気的特性及び化学的安定性の良さから半導体パッケージ材料としてアルミナが主に用いられてきた.ところが近年,半導体の高性能化に伴い,パッケージに対し次の2点の要求が顕在化してきた.1つは,半導体の動作周波数の高周波化及び低消費電力化という要求である.この要求を満足するためには,低抵抗の導体材料(例えば,銀や銅)を用いることと低損失なパッケージ材料を用いることが必要要件となる.しかしながら銀や銅は融点が低いため,これまでのアルミナ材料では対応できない.そこでこの要件に対応するため,低温焼成材料(以下LTCC)が開発された.このLTCCとは,ガラス系材料を用いた1000\CC 以下で焼成可能な多層セラミックスであり,低抵抗金属 (銀,銅など) の使用が可能,市場が要求するさまざまな磁器特性に対応した材料の開発が比較的容易,多層化による3次元微細配線が可能という特徴を有する.しかしながら,熱的特性,機械的特性及び化学的安定性についてはアルミナに比べ劣る面もあるため,更なる改善が行われている.2点目は,パッケージの多ピン化及び内部の配線の高密度化,つまり配線の微細化である.この微細化に関しては,単なる製造上の工程改善だけでなく,微細化による配線断面積の低下に伴う実質的高抵抗化を解決するために配線抵抗の低減を合わせて行う必要がある.そのため,現時点では低抵抗導体を用いた配線が可能なLTCCを用いた微細配線化が進められている.また,多ピン化に伴い,半導体素子の実装信頼性及びパッケージのボード実装信頼性の確保ということが重要となっている.本報告においては,上記2点に関し市場ニーズに応えるべく新たに開発したLTCC材料と,アルミナ材料を中心に述べる.


超大型高速コンピュータ (メインフレーム/スーパーコンピュータ) の実装技術
■著者
日本電気(株)　機能材料研究所　主任研究員　生稲　一洋

■要約
本稿では,掲題のとおり,超大型高速コンピュータの実装技術について述べる.一般には,これらの装置は専用のコンピュータルームに格納されるものであるから目に触れることはほとんどないが,金融機関の端末も家庭のパソコンもその接続線の遠い先でこれらのコンピュータにつながっている.このようなエレクトロニクス,ハードウェアテクノロジーの最前線にある超大型高速コンピュータの実装技術について,当社の事例を中心に述べる.


車載用セラミック基板およびベアチップ実装技術
■著者
(株)デンソー幸田製作所　電子機器開発部開発1課　長坂　崇

■要約
ECU(Electronic Control Unit)をエンジンまたはアクチュエータへ搭載するには小型化・耐環境性が要求され,この一つの提案としてECUのハイブリッド化がある.ハイブリッド化されたECU (ハイブリッドECU) とは,微細配線を高密度に配した多層セラミック基板上に,ICをベアチップ実装したものである.多層セラミック基板はアルミナ積層基板 (HTCC基板) とガラスセラミック基板 (LTCC基板) があるが,車載用基板としてはコスト・放熱性,等よりHTCC基板が優れる.本基板にベアチップ実装に必要な基板の平滑化技術およびパワー素子実装に必要な大電流用配線 (低抵抗配線) を内層する技術を用いることにより,従来のプリント板ECUの約1/4 (クォータ) サイズのハイブリットECUが完成できる.


マイクロ化学プラント
■著者
(財)マイクロマシンセンタ　矢田　恒二

■要約
ナノテクノロジが近年の技術的トレンドとして注目されている.しかしナノ領域が身近な技術として現れるためにはマイクロ領域からの接近が必要と考えられる.この接近方向はミリメータからマイクロメータに近づく方向が人類が積み上げてきた技術の方向とも一致して理解しやすい.そのための技術として一番近い位置にあるのがMEMSと呼ばれる半導体プロセスをベースとした技術である.この中でも化学分析や,化学合成に使えるMEMS技術はマイクロTASと呼ばれ,微小流体を取り扱う.このようなMEMS技術は単にデバイスを小型化することだけではなく,半導体を主体とした電子回路をデバイスのなかに一体として組み込めることが大きな特徴といえる.ここではマイクロ流体デバイスのキー要素であるバルブ,ポンプ等とマイクロ流体デバイスを用いた化学システムなどについて述べる.


連載
近代日本のセラミックスの発展に尽力した偉人,怪人,異能,努力の人々(第4回)大倉孫兵衛と大倉和親-日本陶器(株)と大倉陶園,各務クリスタル
■著者
宗宮　重行

■要約
本シリーズの第3回に森村市左衛門と森村豊,森村組の設立,とその発展について述べた.この森村市左衛門と共に森村組の初期の活動に「国家のためになるならば」ということで大倉孫兵衛が協力している.森村市左衛門,森村豊と一緒に記述しようと考えたが,別の方がよいのではないかと思い,記事作成中に考え方が変り,大倉孫兵衛と大倉和親と,親子を一緒にして記述することにした.(敬称略で記述する.)次回以降には森村系各社を記述したい.


連載
タイ便り (その9) タイ科学・技術への貢献
■著者
Chulalongkorn Univ.Faculty of Science 教授　和田　重孝

■要約
タイの科学技術の現状から,日本がそして私個人がどのようにタイの科学技術の向上に寄与できるかについて,既に,タイ便り (1),(2),(3) で述べてきた.本題に入る前に,少し長くなるが,これまでの考えを整理したタイ便りから引用する.私は“タイで役に立ってみよう”と思ってタイに来た.しかし,“タイの科学・技術レベルは低く,私が貢献したことも,私がいなくなったら元の木阿弥になる”,しかも“そのような状況は当分変わりそうにない”と考えられた.では,どうするか.この疑問には二つの意味があって,一つは,“どうしたらタイの科学・技術レベルを高めることができるのか?”もう一つは“自分はどうしたら良いのだろうか?”であった.タイ便り (その1) .自分はどうしたらよいのだろうか?に対する私の答えは,尻尾を巻いて日本に帰るのではなく,私はタイの人がして欲しいということをする (Give) ,私は私のやりたいことをさせてもらう(Take),ということで良いではないか,と割り切ることであった.
タイ便り (その2) .そして,タイ便り (3) のまとめに,「残された課題は“どうしたらタイの科学・技術レベルを高めることができるのか?”である.この設問に対する答えには3つのフェーズがある.(1)タイの自主努力,(2)日本の支援,(3)Give and Takeの関係,である.民間企業のタイへの製造部門の進出は,あくまでも日本の企業にとって必要だから進出してきた.それが,タイにとっても利益になった.同様に,研究・開発においてもタイと日本の間にGive and Takeの関係はできないのか?その一つの例として,タイ・サイエンス・パークの活用を提案した.(1),(2)については稿を改めてご報告したい.」と述べた.
以上の議論は来タイ半年頃に書いたものである.来タイ1年半の現在,大筋では変わっていないが,いま少し深い議論ができると思っている.