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レポートナンバー 0000028927

高周波対応基板材料の開発動向と応用展開

株式会社シーエムシー出版

Development Trend and Its Application of Substrate Materials in High-Frequency Communication

発刊日 2021/02/12

言語日本語

体裁B5/296ページ

「B5」版296ページ

0000028927

高周波対応基板材料の開発動向と応用展開
Development Trend and Its Application of Substrate Materials in High-Frequency Communication

69,300 円
(税込)

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レポート概要

  • 自動運転、5Gや更に先の世代の移動通信システムに向け必須となる高周波対応基板の低伝送損失化に向けた材料の開発動向!
  • プリント基板技術からパッケージング等の材料技術、およびプロセッシングや計測技術まで幅広い分野をカバー!
  • FPC、回路設計、分子設計、多孔質化、異種接合、リソグラフィ等の実用化に向けた技術を網羅!

【刊行にあたって】

 近年の5G通信網に代表されるように、高速通信技術の発展と普及は、現代社会において計り知れない恩恵をもたらし、多くの分野で高い期待が寄せられている。また、近年のIoTに向けた機能性デバイスやモバイル機器の需要が急増する中で、高周波対応のプリント基板技術の機能性向上やプロセス技術の最適化が強く求められている。

 マイクロ波帯の高周波通信においては、シグナル劣化や熱対策が重要となってくる。これらはプリント基板の誘電率や誘電正接と密接な関係を有しており、従来の通信用材料の延長では限界になりつつある。また、量産技術として、厳しいデバイス製品規格をクリアするには、これらの材料技術の基礎と応用における機能的な技術体系が必要となる。さらには、実務レベルでの現場対応技術やノウハウを集約した機能的な書籍への要求が高まっている。このような背景から、本書では、プリント基板技術からパッケージング、銅配線等の材料基盤技術、およびプロセッシングや計測技術に関する幅広い分野をカバーしており、実用書としても有意義な内容を構成している。

 本書では、高周波材料分野における第一人者の方々にご執筆いただいている。ご多忙の中、執筆いただき、ここに感謝申し上げる。

(本書「はじめに」より抜粋)

レポート詳細

監修

河合 晃

著者一覧

河合晃    長岡技術科学大学
松本博文   フレックスリンク・テクノロジー(株)
須藤薫    (株)村田製作所
須藤俊夫   芝浦工業大学
春日貴志   長野工業高等専門学校
高橋淳    三菱ケミカル(株)
有田和郎   DIC(株)
長谷川匡俊  東邦大学
前田郷司   東洋紡(株)
富川真佐夫  東レ(株)
小野寺恒信  東北大学
及川英俊   東北大学
菅原司    東京応化工業(株)
田口吉昭   ポリプラスチックス(株)
石田薫    日本ピラー工業(株)
小林英宣   トーヨーケム(株)
田﨑崇司   荒川化学工業(株)
宮部英和   太陽インキ製造(株)
中村挙子   (国研)産業技術総合研究所
大石知司   芝浦工業大学
加藤悠人   (国研)産業技術総合研究所

目次

【第1編:高周波対応基板の概要と技術動向】

第1章 高周波対応基板の基礎と今後の動向
1 高周波通信における社会構造
2 材料に求められる要因
3 おわりに

第2章 5G/6G高速伝送に対応するFPC(フレキシブルプリント配線板)材料開発動向 ~高周波対応FPCの高速材料開発がフッ素系ポリマー応用で実現する~
1 はじめに
 1.1 「堅調に拡大するFPC市場」
 1.2 「5G/6G対応で無限に拡がるFPC新規材料開発」
2 5G/6GではFPCの高周波対応(高速化)がマストになる
3 高周波対応FPC材料の低誘電化を実現するには?
4 「魔法の粉」を使った新しい高速FPC材料へのチャレンジ!
 4.1 導体損失を改善する密着強度向上
 4.2 樹脂間密着強度向上
 4.3 吸湿下(WET条件下)での高速特性でLCPを超えた
 4.4 レーザー加工性の向上開発
 4.5 キャステイング法のデメリットも改善
5 「3層伝送ケーブル」での高速性検証結果は?
6 「魔法の粉」でボンディングシートの高速化も実現!
7 5G/6Gで採用が期待される高速FPC用途例
8 まとめ

第3章 ミリ波用アンテナのパッケージング技術
1 はじめに
2 ミリ波通信モジュールの構造
3 ミリ波通信モジュール用基板材料
4 パッケージング技術
5 おわりに

第4章 高速・高周波基板の設計技術
1 はじめに
2 高周波回路と高速デジタル回路でのインピーダンス整合
 2.1 高周波回路のインピーダンス整合
 2.2 高速デジタル回路のインピーダンス整合
3 高周波域での配線の挙動
 3.1 伝送線路の電信方程式
 3.2 伝送線路の2端子対行列表示,F行列
 3.3 伝送線路端から見た入力インピーダンスZin
4 反射係数と定在波
 4.1 入射波・反射波から見た電圧分布
 4.2 定在波比(VSWR:voltage standing wave ratio)
5 スミスチャート
 5.1 正規化インピーダンス
 5.2 スミスチャート
6 高周波回路のインピーダンス整合
 6.1 共役整合
 6.2 アドミタンスチャート
 6.3 スタブを用いたインピーダンス整合
7 高周波域での信号損失
 7.1 表皮効果による導体損失
 7.2 誘電損失
 7.3 FR-4材と低損失材との比較例
 7.4 散乱損失
8 信号配線の特性インピーダンス制御
 8.1 シングルエンド配線構造と特性インピーダンス
 8.2 差動伝送線路の差動インピーダンス
 8.3 ヴィア部のインピーダンス不連続とオープンスタブ
 8.4 ガラスクロスの影響

【第2編:基板用樹脂材料】

第5章 高周波帯域におけるFR-4基板の誘電体損・伝送損失
1 GHz帯での信号伝送と基板設計の現状
2 FR-4基板と複素誘電率
3 差動線路における信号伝送特性への基板材料の影響

第6章 低誘電エポキシ樹脂の開発と特性
1 低誘電エポキシ樹脂開発のモティベーション
 1.1 低誘電特性が求められる理由
 1.2 低誘電エポキシ樹脂の設計手法
2 低誘電エポキシ樹脂の実際の開発事例
 2.1 低分子タイプ
 2.2 中分子タイプ
 2.3 高分子タイプ
3 まとめ

第7章 エポキシ樹脂硬化物の低誘電率・低誘電正接化に向けた分子設計と開発事例
1 はじめに
2 分子設計指針と課題
 2.1 エポキシ樹脂硬化物の高耐熱化に関する分子設計指針
 2.2 高耐熱化と誘電特性の相反関係
 2.3 エポキシ樹脂硬化物の高耐熱性と低誘電化を両立する分子設計指針
3 開発事例
 3.1 活性エステル型エポキシ樹脂硬化剤(MFAE)
4 まとめ
第8章 次世代フレキシブル回路基板用変性ポリイミド
1 高寸法安定性耐熱絶縁材料の必要性
2 低熱膨張性ポリイミド
3 低吸水性ポリイミド
4 低熱膨張性・低吸水性・低吸湿膨張性変性ポリイミド:ポリエステルイミド(PEsI)
5 おわりに

第9章 高耐熱性ポリイミドフィルムの高周波対応基板への応用
1 はじめに
 1.1 高周波領域における回路基板と誘電損失
 1.2 高分子材料の誘電特性とCTE
 1.3 誘電特性への吸湿の影響
2 ポリイミドの誘電特性
 2.1 高周波回路基板材料としてのポリイミド
 2.2 ポリイミドの吸湿率低減
 2.3 機能分離による高周波回路基板材料へのアプローチ
3 高耐熱・低CTEポリイミドフィルム「XENOMAX ®」
 3.1 ポリイミドの分類
 3.2 高耐熱・低CTEポリイミドフィルム
 3.3 ポリイミドのCTE温度依存性
 3.4 ポリイミドの粘弾性特性
 3.5 ポリイミドの機械特性,熱収縮率,電気特性
 3.6 ポリイミドの耐薬品性
 3.7 ポリイミドの燃焼性
4 ポリイミドフィルムとフッ素樹脂の複合基板
 4.1 積層体の機械物性の予測
 4.2 フッ素樹脂/ XENOMAX ®複合基板
 4.3 フッ素樹脂/ XENOMAX ®複合基板のCTE
 4.4 フッ素樹脂/ XENOMAX ®複合基板の高周波電気特性
 4.5 フッ素樹脂/ XENOMAX ®複合基板の伝送損失
5 まとめ

第10章 低伝送損失基板に向けた低誘電ポリイミド樹脂の開発―ポリイミドにおける低誘電損失化への取組みー
1 はじめに
2 低誘電率化の検討
3 低tanδ化の検討
4 まとめと今後

第11章 異径微粒子を用いた多孔質ポリイミド薄膜の低誘電率化
1 はじめに
2 多孔質ポリイミド薄膜
 2.1 シリカ微粒子の作製
 2.2 多孔質ポリイミド薄膜の作製
3 誘電率測定用サンプル
 3.1 作製方法(A)
 3.2 作製方法(B)
4 誘電率の測定方法および評価方法
5 おわりに

第12章 多孔質ポリイミド薄膜の製造と高品位化
1 はじめに
2 多孔質ポリイミド膜の作製プロセス
 2.1 スラリー調製
 2.2 製膜工程
3 多孔質ポリイミド膜の特性
 3.1 空隙率の影響
 3.2 粒径の影響
 3.3 耐溶剤性と耐熱性
 3.4 電気化学による膜の構造解析
 3.5 膜の電気特性
4 総括

第13章 熱可塑性エンジニアプラスチックの高周波対応基板への適用
1 高周波対応基板の現在
2 電子部品の高周波数化で要求される誘電特性
3 エンジニアプラスチックの誘電率・誘電損失
4 今後の展開

第14章 ふっ素樹脂基板の特性と今後の可能性
1 最近のふっ素基板の市場動向について
2 なぜふっ素樹脂基板なのか
3 ふっ素樹脂基板の種類,製法
4 ミリ波向け基板材料への要求事項
 4.1 低損失化
 4.2 低線膨張係数化
 4.3 薄型化
 4.4 比誘電率の低バラツキ化
5 日本ピラー工業でのミリ波の取り組み
 5.1 ミリ波比誘電率・誘電正接測定
 5.2 ミリ波アンテナ設計開発・評価測定
 5.3 ミリ波多層基板設計開発
6 今後の技術の展開の可能性

【第3編:周辺材料・プロセス】

第15章 高周波対応FPC向け電磁波シールドフィルム
1 はじめに
2 FPCのノイズ対策
 2.1 FPCとは
 2.2 ノイズの影響
 2.3 ノイズ対策の種類
 2.4 電磁波シールドの種類
 2.5 FPC用電磁波シールドフィルム
 2.6 電磁波シールド効果
3 高速伝送回路としてのFPCと電磁波シールドフィルム
 3.1 回路長と信号波長の関係
 3.2 高速伝送回路の評価・設計
 3.3 高速伝送回路の特性と電磁波シールドフィルム
4 高周波対応FPC用電磁波シールドフィルム
5 おわりに

第16章 低伝送損失を実現する新規ポリイミド系接着剤
1 はじめに
2 樹脂設計
3 樹脂特性
4 FPC向け接着剤特性
 4.1 用途例(低誘電カバーレイ)
 4.2 用途例(高速伝送FPC用FCCL)
 4.3 用途例(リジッド基板用銅箔プライマー)
5 おわりに

第17章 レジストリソグラフィー技術
1 リソグラフィープロセス
 1.1 プロセスフロー
 1.2 DFRレジストによるメッキプロセス
 1.3 シランカップリング処理
2 レジストプロセスに起因した欠陥
 2.1 レジスト膜の表面硬化層
 2.2 濡れ欠陥(ピンホール)
 2.3 ポッピング
 2.4 環境応力亀裂(クレイズ)
 2.5 乾燥むら
 2.6 微小気泡

第18章 高周波対応基板に向けたソルダーレジストの開発動向
1 はじめに
2 ソルダーレジストへの要求
3 ソルダーレジストの基本構成
4 ソルダーレジスト低誘電化への課題
5 ソルダーレジスト低誘電化への試み
 5.1 アクリル系バインダー樹脂
 5.2 エポキシ樹脂
 5.3 フィラー
6 PCB用高周波対応ソルダーレジスト
7 パッケージ用ソルダーレジスト
8 FPC用ソルダーレジストの高周波化対応
9 おわりに

第19章 表面化学修飾ナノコーティング技術を利用した低伝送損失基板に向けた異種材料接合技術
1 はじめに
2 酸素官能基化技術
3 フッ素官能基化技術
4 硫黄・窒素官能基化技術
5 表面化学修飾による濡れ性制御
6 高強度異種材料接合技術への応用展開
7 おわりに

第20章 光照射を利用した高周波対応樹脂基板上への大気中銅配線形成技術
1 はじめに
2 ポリイミドフィルム上への銅配線形成
 2.1 銅源としての銅金属錯体とCO2レーザ照射による大気中での銅配線形成
 2.2 ポリイミドフィルム上へのCu配線形成と無電解めっきによる厚膜化
 2.3  Cu配線の断面構造のTEM観察
3 PTFE上への銅配線形成
 3.1 PTFEの親水化及び銅微細配線形成プロセス
 3.2 銅微細配線の表面及び断面観察
 3.3 グリオキシル酸銅錯体とレーザ照射を用いた銅微細配線形成
4 おわりに

第21章 プリント基板用の電極接合材料の最適化
1 はじめに
2 BGA接続技術
3 鉛フリーはんだ技術
4 はんだバンプの接着・接合試験
5 おわりに

【第4編:測定・評価技術】

第22章 高周波基板材料の誘電率計測技術
1 はじめに
2 誘電率の代表的な測定方法
 2.1 反射伝送法
 2.2 共振器法
3 Split-cylinder共振器法による面内方向の誘電率測定
4 平衡型円板共振器法による面直方向の誘電率測定
5 平衡型円板共振器法による導電率測定
6 おわりに

第23章 高周波対応基板の信頼性・耐久性・寿命試験
1 はじめに
2 加速試験
3 ワイブル分布
4 接着層の疲労耐久試験
5 おわりに

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