マイクロ流体デバイスはバイオ, 化学分析と合成等への応用が期待され, 関連する研究が現在盛んに行われている。
新しい材料の採用や, マイクロポンプ等各機能デバイスの性能向上が進み, システム化や商品化の段階に達している。実装技術は全体のシステム化にとって各デバイスの設計, 製造および計測技術と同等以上に重要であるが, 技術的な困難さの割に学術色が薄いためか, 報告例が少ない。本稿ではマイクロ流体システムにおける実装技術の重要性と技術的課題についてまとめ, 個別の要素技術やデバイス単体, モジュール, 試験用およびシステムレベルのいくつかの事例を紹介する。さらに, これらの実装研究開発が今後進むべき方向についても述べる。

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2元系, 3元系の溶融鉛フリ一はんだ材料に対しQCM法を用いて, イオンマイグレーション成長過程を解析した。さらに, 実験後の電極表面の溶解・析出形態, 断面観察, およびアノード溶解特性を調査することで, マイグレーション発生に及ぼす要因を検討した。その結果, Sn-3.5Ag, Sn-0.8Cu, Sn-58Biはんだの添加元素であるAg, CuおよびBiは, Snと化合物形成, または単金属で安定化するため, マイグレーション発生には, Snの選択的溶解特性によって支配されていることが確認できた。また, Sn-9Znにおいては, Snに対して卑なZnが優先的に溶解するが, Znの過剰な溶解反応をSnが防止する役目も果たすことを確認した。溶融鉛フリーはんだのイオンマイグレーション発生は, アノード電極における各種合金成分の合金組成とその溶解特性, カソード電極における析出物の発生形態に関係することを明らかにした。

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CD-R (Compact Disc Recordable) 再生互換DVD (Digital Versatile Disc) ピックアップ用に2つの半導体レーザ・チップをハイブリッド集積した新規構造の2波長LD (LaserDiode) 合波ユニットを提案し, 実用上十分な精度の光軸調整がチップ実装工程で簡便に実現できることを基礎実験により確認した。本ユニットでは, 波長635nm帯のAIGalnP系LDチップと波長780nm帯のAlGaAs系LDチップを, マイクロPBS (Polarizing Beam-Splitter) プリズムの隣り合う入射面にレーザ出射端面が接する状態で実装している。この構成では, 2つのレーザ出射光の光軸方向およびLDチップ高さ方向の光軸調整をチップ実装で半自動的に行うことができる。また, 残されたLDチップ水平面方向の調整もパッシブアライメント手法により簡単に行える。試作ユニットに対して, ピックアップの基本特性であるSカーブを評価した結果, DVD再生とCD再生で同一の光検出器を共用するために必要な光軸調整精度±5μmがチップ実装工程での作り込みで簡便に実現できることを確認した。

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Sn-Cu-Ag合金めっきは, Sn-Pbはんだめっきの代替として有望であり, 優れた耐熱疲労特性を有している。トリスー3ーヒドロキシプロピルホスフイン (T3HPP) , ポリオキシエチレンーαーナフトール (POEN) および2, 2, -ジチオジァニリン (DTDA) を添加剤とするメタンスルホン酸浴から, 電流密度0.5～5A/dm²において, 目的組成Sn-0.7Cu-0.3Ag (組成: mass%) の合金皮膜が得られた。T3HPPの添加は, 浴の安定性を著しく改善した。この合金皮膜は, β-Sn相とCu₆Sn₅相およびAg₃Sn相からなり, その融点はほぼ225℃の値を示した。銅素地上のSn-0.7Cu-0.3Ag合金皮膜には, 6カ月の室温経時後においてもウイスカの発生は認められなかった。

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本研究では, 電子部品への熱的損傷が低減できる低温系Sn-Bi-Cu系合金に着目し, 機械的特性および接合信頼性に及ぼす合金組成の影響について検討した。Bi含有量が40mass%付近のSn-BiおよびSn-Bi-Cu系合金は超塑性的な挙動を示し, 最適組成であるSn-40Bi-0.1Cuの伸びは25℃で171%, 80℃で516%に達し, 従来のSn-37Pbの2.5倍以上の延性を有することがわかった。この超塑性的な挙動は合金組織と密接に関係しており, 初晶Snとそれを網目状に取り囲むSn-Bi共晶あるいはSn-Bi-Cu共晶領域ですべりが生じることにより発現したと考えられる。Sn-40Bi-0.1Cuによるはんだ接合部の接合強度, 耐熱疲労特性および耐Cu食われ性は現行のSn-37Pbはんだよりも優れており, 信頼性の高い接合部が得られることを実証した。

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環境負荷の大きいハロゲン系やリン系の難燃剤を一切使用しなくても, 高度な難燃性と実用性を達成できる, 環境調和型のプリント配線板用ガラスエポキシ積層板を開発した。本プリント配線板は, ノボラック構造中に芳香族化合物をもつフェノールρ-キシレン型のエポキシ樹脂と硬化剤に加えて, 最少量の金属水酸化物を使用しており, 安全な廃棄処理 (焼却, 埋めたて) やサーマルリサイクルが可能である。さらに, 本配線板は, 電気特性, はんだ耐熱性, 加工性などの実用性にも優れている。

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Bumpless ILB (Inner Lead Bonding) technology is characterized by the use of ultrasonic bonding method to bond gold plated inner leads directly to the aluminum electrodes of semiconductor device without forming metallic bumps on the electrodes. This paper describes development of high speed bonding technology with bumpless semi-gang ILB method that allows multiple leads to be bonded simultaneously using single-point bounder. High productivity, low cost and short manufacturing cycle times are achieved by this method.

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The deposition behavior of the electroless nickel plating in the nm order region was examined using optical fiber probe for a near-field optical microscopy. A tip part of optical fiber probe is about tens of nm. In such a minute area, initiation of nickel deposition reaction is difficult. However, the deposition reaction is started by the increment of the adsorbed amount of palladium on to a minute region. In addition, the diameter of aperture without nickel deposition on the tip can be controlled by the addition of various stabilizers to the plating bath. The minute probe of aperture diameter about 50nm was obtained by the addition of 100ng/dm³ of bismuth ion in the plating bath and operated at pH 6.0 for 15 minutes.

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The hybrid-integration of electro-mechanical components and opto-electronic devices have been designed and put through initial trial tests. The beam scanning unit, which guides the laser beam by tilting a micro-mirror prism with a piezoelectric actuator, has been fabricated and its basic performance has been confirmed. By applying 300Vp-p sinusoidal signal to the piezoelectric device, the laser beam scanning function has been stable up to 1kHz. The result suggests that it is possible to use the laser beam scanning function to control the optical spot's high-speed fine tracking.

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The eutectic Sn-3.5wt.%Ag solder alloy is expected to be one of the candidates for Pb-free solder bump materials. But it is difficult for the conventional Sn-Ag alloy plating method to obtain eutectic composition with good uniformity within wafer, and to control the composition of plating solution for long term product run. Therefore, we have developed the 2-step electro-plating bump process using separate plating reactors for Ag and Sn. The eutectic Sn-Ag alloy bumps were easily obtained by annealing the Ag/Sn metal stacks sequentially electroplated. It is easy to control the Sn-Ag alloy composition by changing the thickness ratio of Ag layer to Sn layer in an Ag/Sn metal stack. Furthermore, the 2-step electroplating bump process does not need to control the content ratio of Ag to Sn in a plating solution. The eutectic Sn-Ag solder bump process described here is confirmed to be easily applied to mass production.

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We have developed a chip stacking technology using Flip Chip Connection between active area of IC chips with Wire-Bumps made of gold wire. This packaging technology will introduce systematization of IC chip functions, and produce various System-Integration-Packages including plural IC chips. In this paper, we will mainly explain process reliability of chip stacking, and application example.

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Conventional methods of evaluating ionic migration have been confined to evaluating electrical characteristics such as changes in insulation resistance. However, this type of evaluation cannot provide the initiation process by ionic migration. This research has focused on the AC impedance method to study the process of ionic migration for various types of lead-free solder. As a result, the migration generation process is composed of the charge transfer process and the mass transfer process. Moreover, two semicircles in the charge transfer process appeared before the short circuiting between electrodes. The migration generation can be forecast by monitoring the charge transfer resistance of two semicircles.

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