はんだ接合部の信頼性向上と評価技術

第1部 はんだ付け部の信頼性と対策

(2023年5月23日 10:45〜12:15)

　信頼性は「物理的,化学的要因で複合ストレスが、順列的もしくは同時に進み、劣化が製品耐力を越えた時点で故障に至る。」とされます。はんだ付け部では、「はんだクラック」「エレクトロケミカルマイグレーション (イオンマイグレーション) 」「金属間化合物層の成長」「腐食」が故障に至る主な原因になります。また、近年注目されている高電圧,高電流のパワーエレクトロニクス製品では、はんだ付け部が高温になることで、「エレクトロマイグレーション」「サーモマイグレーション」等の新たな懸念も高まっています。 　本講座では、これらの現象を概説するとともに、はんだ疲労故障で最も問題となるクラックについて、新たな測定,解析方法を交え詳しく説明します。

1. 現状のはんだ付け部の疲労故障原因
2. はんだクラック
   1. 試験方法と判定
   2. クラック面情報の重要性 (深層学習を利用した非破壊クラック三次元測定)
   3. 結晶方位解析 (EBSD法)
3. 高温、高電圧、高電流環境でのはんだ付け部の疲労故障
   1. エレクトロマイグレーション
   2. サーモマイグレーション
   3. 高電圧下でのエレクトロケミカルマイグレーション (イオンマイグレーション)
   4. 高温環境でのエレクトロケミカルマイグレーション (イオンマイグレーション)
4. 反り・変形測定の重要性と測定方法
5. 試験時間 (信頼性) 短縮の可能性
• 質疑応答

第2部 エレクトロ ケミカル マイグレーション (ECM) の生成メカニズムと試験方法 (高湿ECMと高温ECM)

(2023年5月23日 13:15〜14:15)

　エレクトロケミカルマイグレーションと云えば高湿下で発生する現象として事例が紹介され、その発生要因やメカニズムが議論されてきた. そのため水分と云うものがそのメカニズムに必要であった.しかし湿度の影響がない高温でも発生することが分かったのでそのままのメカニズムでは説明できないことになる. ここでは高湿マイグレーションのメカニズムを再確認し、再整理して生成メカニズム/評価試験を説明した後、高温マイグレーションでの物理化学を整理し、そのメカニズム/評価試験を示す。 　鉛フリー化のもとで進む軽薄短小化/高温化/高電流化で対応しなければならないテーマである。

1. 高湿エレクトロケミカルマイグレーション
   1. 電解腐食とガルバニック腐食の違い
   2. エレクトロケミカルマイグレーションは電解腐食の一つ
   3. 電気めっきとエレクトロケミカルマイグレーションの関係
   4. 高湿エレクトロケミカルマイグレーションの生成要因
   5. 結露の生成要因 (露点、毛細管凝縮、化学凝縮) と環境変化
   6. 単純に85°C85%を加速環境と考えてはならない理由
   7. エレクトロケミカルマイグレーションの発生し易い/し難い金属の見分け方
   8. エレクトロケミカルマイグレーションの発生する電流条件とは
   9. 高湿エレクトロケミカルマイグレーションの評価試験
2. 高温エレクトロケミカルマイグレーション
   1. 水分がないのになぜマイグレーションが起きるのか
   2. 電気伝導体とは
   3. 高湿エレクトロケミカルマイグレーションの水の役割
   4. 化学結合の呼称「親水基と疎水基」の本質は
   5. フラックスの温度と抵抗の関係
   6. 高温エレクトロケミカルマイグレーションの評価試験
• 質疑応答

第3部 エレクトロニクス実装用鉛フリーはんだ接合部の信頼性評価

(2023年5月23日 14:30〜16:00)

　本セミナーでは、エレクトロニクス実装に使用される鉛フリーはんだの概要からはんだ接合部の信頼性評価手法を説明します。信頼性評価に関しては、はんだ接合部の信頼性因子を解説し、特に重要となる熱疲労寿命評価方法について詳説します。また、パワー半導体チップのダイボンド接合への応用が期待される高温鉛フリーはんだの評価例を紹介します。

1. エレクトロニクス実装におけるはんだ接合の動向
2. 鉛フリーはんだの特徴
3. はんだ接合部の信頼性評価法
   1. 信頼性因子と評価式
   2. コフィン・マンソンの修正式を用いた熱疲労寿命評価
   3. 有限要素解析による接合部の応力-ひずみ解析
4. エレクトロニクス実装用高温鉛フリーはんだの評価例
• 質疑応答