有機絶縁材料の最先端

The latest trend in Organic Insulating Materials in Electronics

［コードNo.2007T560］

■監修／	岩本光正（東京工業大学 大学院理工学研究科 電子物理工学専攻 教授）
■体裁／	Ｂ５判　２９７ページ
■発行／	２００７年　６月　(株)シーエムシー出版
■定価／	６８,２５０円（税込価格）

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はじめに
―有機絶縁材料を取り巻く現状―
2007年5月　東京工業大学 岩本光正
1990年代以降、環境、エネルギー、情報、福祉など、人々の生活と結びついた身近な問題で、質の高いエレクトロニクス技術が要望されるようになってきた。いつでもどこでも使える電子機器（携帯電話など）や、繰り返し使用可能な電子媒体（ペーパーディスプレイなど）などへの要望がそれである。その実現のために、新しい物性・機能を持つ柔軟で軽量な有機機能材料の開発が必要なことは言うまでもないが、これらの機能材料を活かしきるためには、新しい視点からの有機絶縁材料開発も必要である。すなわち、21世紀に待望される前述の電子機器も含め、拡大する用途の中で、有機物を材料として自在に活用するための革新的な研究が必要になっている。 　この革新的な研究では、要望される電子機器の中で、有機材料の特徴を十分に発揮するための工学手法・技術が、開拓されなければならない。これまで、フラーレンや高温超伝導物質の発見、原子や分子を扱うナノ技術などが次々に生み出された。しかし、21世紀に要望される新しい電子機器を生み出すためには、さらにこれらを統合する工学手法が必要になる。有機機能材料においては、単体レベルでは様々な機能性を持つ物質が設計されるが、電子機器の中に持ち込むと材料として自在には機能しないものが大半である。たとえば、最近、有機デバイスに関連した研究が活発であるが、研究対象とする電界効果トランジスタ（FET）・電界発光（EL）素子などのデバイスの中で、有機材料本来の機能を活かしきれていないのが実状である。柔軟さなど有機材料独特の機能を使い切り、無機材料に見られない新しい用途への展開を図るためには、デバイス中において有機材料物性のどこが無機材料と本質的に異なっているかを十分に把握することは勿論のこと、新しい視点からの有機絶縁材料をあわせて研究することが必要になっている。本書は、このような現状を踏まえて、一線で活躍する研究者・技術者にお願いして、最近の有機絶縁材料の展開と展望についてまとめた。

執筆者一覧（執筆順）
岩本光正	東京工業大学 大学院理工学研究科 電子物理工学専攻 教授
奥村洋充	日本ユニカー(株) 電線材料営業本部 研究開発部 電線グループ グループマネージャー
松村宣夫	東レ(株) 電子情報材料研究所 主任研究員
田中祀捷	早稲田大学 情報生産システム研究科 教授
岩田幹正	(財)電力中央研究所 電力技術研究所 高エネルギー領域
大倉正寿	東レ(株) フィルム研究所 主任研究員
菱川悟	ハンツマン・ジャパン(株) アドバンスト・マテリアルズ事業部 パワー＆エレクトロニクス部 技術開発課長
工藤久明	東京大学 大学院工学系研究科 原子力専攻 准教授
丹治博司	旭化成ケミカルズ(株) 膜・エネルギー事業部 新商品開発室 室長
飯田健二	三井化学(株) 機能材料研究所 回路材料グループ
林喜宏	NEC デバイスプラットフォーム研究所 主席研究員
三好一登	東レ(株) 電子情報材料研究所 研究員
鈴置保雄	名古屋大学 大学院工学研究科 電子情報システム専攻 教授
伊東栄次	信州大学 工学部 電気電子工学科 准教授
匹田政幸	九州工業大学 工学部 電気工学科 教授
竹澤由高	(株)日立製作所 日立研究所 電子材料研究部 ユニットリーダ主任研究員
福永定夫	(株)ジェイ・パワーシステムズ 常務取締役
清水敏夫	(株)東芝 電力システム社 電力・社会システム技術開発センター 高機能・絶縁材料開発部 部長
鎌田俊英	(独)産業技術総合研究所 光技術研究部門 有機半導体デバイス研究グループ長
久保田徹	(独)情報通信研究機構 総合企画部 企画戦略室 プランニングマネージャー
青柳昌宏	(独)産業技術総合研究所 エレクトロニクス研究部門 高密度SIグループ 研究グループ長
小出英延	(株)日本AEパワーシステムズ 変圧器事業部 設計部 主任技師
山田順一	ライオン(株) 化学品事業本部 油脂化工品販売部 主任部員
狩野孝明	ライオン(株) 化学品事業本部 化学品研究所 副主任研究員
山崎孝則	日立電線(株) 電機・産業システム事業本部 開発統括部 高分子材料研究部 部長
矢野正文	日立化成工業(株) 電子材料事業部 配線板材料部門 開発部 専任研究員

構成および内容
【第I編　材料】
第1章	有機材料
1	ポリエチレン（奥村洋充）
1.1	はじめに
1.2	ポリエチレンの特性
1.2.1	基本特性
1.2.2	固体物性と溶融物性
1.2.3	劣化
1.2.4	電気的性質
1.3	ポリエチレンの改質
1.3.1	ポリマーブレンド
1.3.2	添加剤
1.3.3	共重合
1.3.4	架橋
1.4	今後の展望
2	ポリイミドフィルム絶縁基材（松村宣夫）
2.1	絶縁材料としてのポリイミド
2.2	ポリイミドフィルムの高性能化
2.3	CCLの高性能化
2.3.1	キャスト法
2.3.2	スパッタめっき法
2.3.3	ラミネート法
2.4	おわりに
第2章	有機・無機ハイブリッド材料
1	ナノコンポジット（田中祀捷）
1.1	はじめに
1.2	ナノコンポジットの概要
1.3	マルチコア界面モデル
1.4	ナノコンポジットの誘電・絶縁特性
1.4.1	ナノコンポジット化の効果（実験結果）
1.4.2	誘電率
1.4.3	誘電正接
1.4.4	低電界導電率
1.4.5	高電界電気伝導
1.4.6	高電界空間電荷
1.4.7	TSC
1.4.8	EL
1.4.9	絶縁破壊強度
1.4.10	トリーイング破壊時間
1.4.11	耐部分放電性
1.4.12	耐トラッキング性
1.4.13	熱伝導率とガラス転移温度
2	AlN粒子充填エポキシ樹脂の特性と絶縁材料への応用（岩田幹正）
2.1	はじめに
2.2	AlN粒子充填エポキシ樹脂の作製方法
2.3	AlN粒子充填エポキシ樹脂の熱伝導率
2.3.1	測定方法
2.3.2	測定結果および考察
2.4	AlN粒子充填エポキシ樹脂の交流絶縁破壊強度
2.4.1	測定方法
2.4.2	測定結果および考察
2.5	全固体変圧器用絶縁材料への適用可能性
2.5.1	全固体変圧器の設計条件
2.5.2	AlN粒子充填エポキシ樹脂の適用可能性に関する検討
2.6	まとめ
【第II編　各種機能性有機絶縁材料】
第1章	電気・電力分野
1	耐熱絶縁フィルム（大倉正寿）
1.1	はじめに
1.2	フィルム・シートの製造方法と特徴
1.3	電気絶縁用フィルムに求められる性質
1.4	耐熱フィルムの耐熱性・耐熱温度について
1.5	耐熱性絶縁フィルムの最近の状況
1.6	ポリエステル系フィルム
1.7	PPS系フィルム
2	高撥水性屋外電気絶縁用エポキシ樹脂（菱川悟）
2.1	屋外電気絶縁用エポキシ樹脂システムの開発の歴史
2.2	優れた撥水性をもった新しい屋外電気絶縁用エポキシ樹脂システム
2.2.1	撥水性の重要性
2.2.2	新しい屋外電気絶縁用エポキシ樹脂システムの撥水性
2.2.3	その他の特性
2.3	おわりに
3	極低温・高温放射線環境下用高分子材料（工藤久明）
3.1	有機絶縁材料と放射線環境
3.2	高分子の放射線化学の基礎
3.3	高分子材料の放射線劣化と耐放射線性評価例
3.4	低温下、高温下での高分子材料の放射線化学
3.4.1	極低温環境下
3.4.2	高温環境下
3.4.3	線質の与える影響
3.5	おわりに
4	リチウムイオン電池（セパレーター）用（丹治博司）
4.1	はじめに
4.2	微多孔膜セパレーターの適用電池
4.3	電池セパレーターの機能と要求特性
4.4	セパレーター用微多孔膜の製造技術
4.4.1	セパレーターの素材と構成
4.4.2	微多孔性シートの製造方法（多孔形成と高次構造制御）
4.5	電池特性とセパレーター設計
4.5.1	セパレーターの主要特性と測定法
4.5.2	電池の要求特性とセパレーターの設計要素
4.5.3	セパレーターの技術課題と膜構造設計
4.6	今後の課題
第2章	エレクトロニクス分野
1	フレキシブル基板材料（2層FCCL）（飯田健二）
1.1	はじめに
1.2	2層FCCLの構成
1.3	2層FCCLの製法
1.4	薄型化、高屈曲化の動向
1.5	高寸法安定化の動向
1.6	COF基材の開発
1.7	今後の動向（次世代FCCLの開発）
1.8	おわりに
2	有機シリカ絶縁膜技術と半導体デバイスへの応用（林喜宏）
2.1	はじめに
2.2	層間絶縁膜の多孔質構造制御技術
2.3	半導体デバイスへの応用
2.4	将来動向
2.5	まとめ
3	有機EL絶縁層用感光性ポリイミド（三好一登）
3.1	有機EL絶縁層
3.2	ポジ型感光性ポリイミドコーティング材料の特徴
3.3	フォトプロセス適応およびパターン加工
3.4	絶縁層のテーパー形状
3.5	絶縁安定性
3.6	低温キュアとアウトガス
3.7	基板との密着性
3.8	今後の有機EL絶縁層
【第III編　絶縁理論・評価技術】
第1章	界面・表面での電気現象（岩本光正）
1	はじめに
2	絶縁材料と界面電気現象
3	静的な電荷による界面帯電現象と界面準位
3.1	ナノメートル領域の帯電現象
3.2	ナノ界面の空間電荷分布の評価
3.3	ナノ界面の界面電子準位密度の評価
4	動的電荷によるMaxwel-Wagner効果による界面分極現象
5	まとめ
第2章	膜の双極子による電気現象（岩本光正）
1	はじめに
2	有機分子の形状と界面膜の電気現象の発現
3	界面分子膜の特徴と誘電分極
3.1	オーダパラメータと誘電分極
3.2	変位電流（MDC）と光第2次高調波（SHG）
3.3	界面膜の双極子エネルギーと膜構造
3.3.1	双極子エネルギー
3.3.2	形状方程式とドメイン構造
4	界面分子膜のオーダパラメータの評価
5	まとめ
第3章	絶縁・誘電体の導電機構（鈴置保雄）
1	絶縁・誘導体の導電現象
2	バルクでの電導に関するモデル
2.1	バンド電導
2.2	プール・フレンケル電導
2.3	空間電荷制限電流
2.4	ホッピング電導
3	電極からのキャリア注入に関するモデル
3.1	ショットキー電導
3.2	トンネル電流
第4章	高電界での電気現象（伊東栄次）
1	はじめに
2	空間電荷計測法（バルク）
3	薄膜の高電界現象
4	各種重合法による薄膜
5	極薄膜（LB膜）
第5章	絶縁破壊（匹田政幸）
1	有機絶縁材料と絶縁破壊
2	有機絶縁材料の絶縁破壊特性に与える要因
2.1	試験環境条件による影響
2.2	高分子固体構造の影響
3	有機材料に対する絶縁破壊理論
3.1	絶縁破壊理論の分類
3.2	電子的破壊過程
3.3	熱的破壊過程
3.4	電気機械的破壊過程
4	長時間での絶縁破壊
第6章	絶縁材料の劣化と光を用いた診断評価（竹澤由高）
1	はじめに
2	有機材料の熱劣化に伴う光損失変化
3	寿命予測の考え方
4	電気機器絶縁材料の劣化診断への適用検討事例
4.1	光ファイバーセンサを用いた携帯型診断装置
4.2	電動機診断への適用検討事例
4.3	低圧ケーブル診断への適用検討事例
4.4	柱上変圧器診断への適用検討事例
5	回転機ロータ部材の平均使用温度（熱履歴）の推定事例
6	むすび
【第IV編　有機絶縁材料が拓く新たな展開】
第1章	電気・電力分野
1	高圧ケーブル（福永定夫）
1.1	高圧ケーブルの種類
1.2	特高圧及び超高圧ケーブルの開発方向
1.3	超高圧化技術
1.4	超電導ケーブル用絶縁材料
1.5	直流ケーブル用絶縁材料
1.6	環境対応技術
2	高電圧機器（清水敏夫）
2.1	高電圧機器用有機絶縁機能材料の動向
2.2	タービン発電機への高熱伝導絶縁の適用
2.3	スイッチギヤへの固体絶縁の適用
2.4	ナノコンポジットの適用
2.5	まとめ
第2章	エレクトロニクス分野
1	有機トランジスタ（鎌田俊英）
1.1	はじめに
1.2	有機トランジスタの動作
1.3	有機トランジスタ用絶縁材料
1.4	性能支配要因
1.4.1	表面エネルギーの効果
1.4.2	表面構造の効果
1.4.3	ゲート容量の効果
1.5	今後の展開
2	トンネリングデバイス（久保田徹）
2.1	はじめに
2.2	有機単一電子トンネル素子
2.2.1	単一電子トンネル素子
2.2.2	有機単一電子トンネル素子
2.3	有機単一電子トンネル素子の電子特性
2.3.1	デンドリマー高分子を用いたSET素子
2.3.2	自己組織型ポルフィリン誘導体分子を用いた有機SET素子
2.4	光機能性有機分子を用いた光ゲート有機SET素子
2.5	まとめ
3	高密度微細配線インターポーザ（青柳昌宏）
3.1	はじめに
3.2	開発の背景
3.3	高密度微細配線インターポーザによるLSIチップの3次元実装
3.4	実装配線用の有機絶縁材料
3.5	ブロック共重合ポリイミドを用いた高密度配線インターポーザ
3.6	まとめと今後の展開
第3章	環境対応
1	植物油脂を利用した絶縁油の開発（小出英延、山田順一、狩野孝明）
1.1	はじめに
1.2	絶縁油に求められる要求事項
1.3	環境対応型絶縁油の現状
1.3.1	ポリオールエステル
1.3.2	菜種油
1.3.3	菜種エステル油
1.3.4	パームヤシ脂肪酸エステル
1.3.5	低粘度シリコーン油
1.4	パームヤシ脂肪酸エステルについて
1.4.1	パームヤシ油の特性
1.4.2	脂肪酸メチルエステルの絶縁油基本特性
1.4.3	脂肪酸アルキルエステルの絶縁油基本特性
1.5	パームヤシ脂肪酸エステルの各種特性
1.5.1	絶縁特性
1.5.2	冷却特性
1.5.3	耐久性
1.5.4	供給安定性
1.5.5	地球環境負荷低減
1.5.6	防災性
1.6	今後の展望
2	電力ケーブルのリサイクル（山崎孝則）
2.1	はじめに
2.2	超臨界流体によるシラン架橋PEのリサイクル技術
2.2.1	超臨界流体とは
2.2.2	シラン架橋PEのリサイクル技術
3	プリント配線板用基板材料の環境対応（矢野正文）
3.1	プリント配線板用基板材料の用途と要求特性
3.2	環境対応要求の動向
3.2.1	環境関連物質の管理、RoHS規制
3.2.2	はんだの鉛フリー化
3.2.3	ハロゲンフリー化
3.3	基板材料の環境対応
3.3.1	基板材料の環境対応の概要
3.3.2	一般多層材料
3.3.3	高Tg多層材料
3.3.4	高周波用多層材料
3.4	まとめ
【第V編　今後の展望】
第1章	バルク絶縁材料（田中祀捷）
1	はじめに
2	電力機器・ケーブル絶縁の鳥瞰
3	電子機器・デバイス絶縁システムの鳥瞰
4	ポリマーがいし
5	極端条件下における絶縁材料
6	ナノコンポジット
7	生分解性ポリマー
8	自己修復性ポリマー
第2章	機能材料としての絶縁材料（鎌田俊英）
1	今後のエレクトロニクスの技術発展の方向
2	今後の有機絶縁材料の技術発展の方向
3	おわりに

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