일본, 기술 진화를 지지하는 일렉트로닉스 실장 기술

- 저 Ag 납땜 제품화 진행 / 소자 내장 기술로 소형화 실현 

일렉트로닉스 분야의 실장 기술은 납땜 브레이징이나 부품 탑재 등에 관한 것으로 모바일 정보통신기기나 자동차용 차량 탑재 시스템 등의 기술 진화를 지지하고 있다. 납땜에서는 환경 부하의 저감에 공헌하는 납을 사용하지 않는 브레이징 등의 제품화가 진행되고 있다. 전자기기의 소형화, 고밀도화의 요구가 높아지면서 고밀도 실장으로서 부품을 기판에 내장하는 기술이 도입되고 있다.

일렉트로닉스의 실장 기술 의미는 최근 단순한 부품 실장은 아니고 시스템을 실체화하는 곳까지 적용되고 있다. 기존 납땜 브레이징 기술이나 부품 탑재 기술뿐만 아니라 반도체, 전자 부품, 프린트 배선판, 실장 설비나 관련 재료, 프로세스의 고유 기술과 기능 설계?시뮬레이션 기술을 포함하는 통합 기술이라 할 수 있다.

실장의 요소 기술에는 접속이나 봉지(封止)의 기술을 비롯하여 3차원 실장 기술, 소자 내장 기술, 미세 배선 형성 기술, 설계?평가의 기술, 검사 기술, 환경 대응 기술, 냉각 기술 등이 있다.

납땜에 관해서는 환경 규제에서의 대응이 테마가 되고 있다. 2006년 7월에 시행된 유럽의 RoHS 지령에 의해서 전기?전자기기에서의 납 사용이 금지되었다. 이것에 따라 납을 사용하지 않는 브레이징으로의 변환이 진행되었다. 일본 국내에서는 주된 납을 사용하지 않는 브레이징으로서 Sn(주석)-3Ag(은)-0.5Cu(동)(SAC305)가 보급되고 있다. SAC305의 Ag 함유율은 불과 3%이지만 Ag는 현재 시세의 상승으로 인해 Ag의 재료비용이 용접의 재료비용의 반 이상을 차지하게 되었다. 따라서 Ag 함유량을 줄인 저 Ag 용접의 제품화가 진행되고 있다.

브레이징의 은 함유량이 저하하면 브레이징의 용해 온도가 상승한다. 이런 이유로 적외선이나 열풍 등에서 브레이징을 녹여 접합하는 리플로우 실장으로의 설정 온도를 높게 해야 하며, 기판이나 탑재 부품의 열손상 등과 강도 저하 등도 염려되었다.

이러한 가운데 Bi(비스머스)나 In(인듐), Sb(안티몬), Ni(니켈), Ge(게르마늄) 등을 첨가하고 신뢰성을 높인 납을 사용하지 않는 브레이징이 등장하고 있다. 3차원 실장 기술은 평면에서의 미세화 한계를 타개하는 기술의 하나로 평면에서의 미세화에 의하지 않고 고집적화를 도모하는 것이다. 고밀도 집적회로(LSI) 칩을 세로 방향으로 적층하는 것으로 LSI가 가지고 있던 기능을 바꾸지 않고 실장 면적을 줄였다. 그리고 기존 주요한 3차원 실장 기술은 금속 세선을 사용한 와이어 본딩이라고 한다.

이것에 대해서 와이어 본딩의 배선 공간을 없애고 보다 짧은 배선으로 유선 접속하는 방법으로서 실리콘 관통 전극(TSV)을 사용한 실장 기술을 고려할 수 있었다. TSV의 제조 장치가 실용화되고 있는 것 외에 차세대 메모리 반도체 제품에 대해 TSV 기술의 채용이 시작되고 있다.

소자 내장 기술은 콘덴서, 저항기라는 수동 부품 등의 부품을 다층 프린트 기판에 내장하는 기술이다. 스마트폰의 고기능화에 따라 전력 사용량이 증가하여 충분한 배터리 공간을 확보할 필요가 있기 때문에 탑재하는 전자 부품의 새로운 박형화, 소형화로의 요구가 높아지고 있다. 이것에 대해서 수동 부품을 내장하는 것으로 소형화를 실현한 메인보드가 개발되고 있다. 전자 부품 메이커는 스마트폰이나 웨어러블 단말 전용으로 부품이나 반도체를 소형 기판에 내장하여 모듈화한 부품 내장 기판의 상품구비를 강화하고 있다.

일본 경제산업성은 2014년도 사업 `에너지 절약 등 국제 표준화?보급 기반 사업(에너지 절약 등 국제 표준 공동 연구 개발)`에서 부품 내장 기판의 설계 데이터 포맷에 관한 국제 표준화에 임하고 있다. 향후 2년 이내에 국제 전기표준회의(IEC)의 전문 위원회 TC91(전자 실장 기술)에 국제 표준의 제안을 실시할 예정이라고 한다.

부품 내장 기판은 휴대정보 기기, 웨어러블 단말 외에 전기 자동차의 전자 시스템 제어 모듈 등의 소형화, 고기능화, 고속화를 실현하는 차세대 실장 기술로서도 주목받고 있다. 경제산업성은 이 사업을 통해서 부품 내장 기판의 단기간 설계, 제조를 가능하게 하는 데이터 포맷을 개발한다. 공모 결과, 이 사업을 후쿠오카(Fukuoka, 福岡)현 산업?과학기술 진흥 재단, 후쿠오카 대학, 기준 인증 이노베이션(innovation) 기술 연구 조합에 위탁하는 것이 결정되었다.

일반적으로 부품 내장 기판의 설계?제조에 있어서의 과제로서 통일되지 않은 CAD나 컴퓨터 이용 제조(CAM) 언어?기호 때문에 설계, 제조의 장기화, 비용 증가가 발생하는 경우가 있다. 또한 관계하는 각 기업의 설계 노하우의 유출 방지 관계 등으로 상세한 데이터가 개시되어 있지 않은 것 등이 지적되고 있다고 한다.

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