はんだ接続の信頼性とはんだ実装技術の核心点ならびに主要な故障と対策

はんだ付けは古来より実施されてきている接合法であるが、慣れ親しんでいる工法である割には過去よりなんどもトラブルを引き起こしている古くて新しい技術の一つである。 　自動車業界では、鋼鉄の車両の中に閉じ込められているユニットが受けるストレスはとくに大きく、周囲温度・自己発熱による熱耐久寿命、湿度や結露によるリーク劣化寿命、静荷重によるクリープ寿命などで大きなトラブルを繰り返し引き起こしているものでもある。 　近来では、これに鉛フリーはんだ、金属基板実装に始まり、極小チップ部品、バンプ実装、フレキシブル基板の低融点はんだ実装など大幅な技術の進歩がみられている反面、海外シフトの中、日本で過去に経験したトラブルが海外でも起きている。これはほぼ10年を区切りに技術者の世代が変っていくためとみられ、伝承が十分でないということでもある。 　はんだ実装技術は、新たな技術が着目されるが、その核心となる技術は古き時代からの普遍的なものがあり、それを生かしていかねばならず、世代が変わるごとに失敗を繰り返してはならないのである。セミナーでは、長年自動車電装部品の品質保証をしてきた経験を「語り部」としてお話する。

1. はんだ工法、材料、検査法の変遷
   1. はんだ付け材料の変遷とそこから読み取れるもの
   2. はんだ付け工法の変遷とそこから読み取れるもの
2. はんだ接続の構造
   1. 初晶、拡散層、金属間化合物
   2. Sn-Pb系はんだ、Sn-Ag-Cu系はんだの組織
   3. 予熱・乾燥・溶解・流動・固化の挙動と様態変化 (高速ビデオ画像)
3. 工法
   1. はんだ付け温度プロファイルの主要点の基本的な考え方
      1. リフローはんだ・フローはんだ・コテはんだ
   2. 実装材料選定の基本的な考え方
      • 基板
      • はんだ材
      • プリフラックス
      • ポストフラックス
      • はんだペースト
      • コーティング
   3. はんだ材
      1. はんだの種類・はんだ融点・はんだ軟化点 (最高使用温度)
      2. はんだ合金状態遷移図
      3. はんだ材の伸びと引張り強さ、はんだの変位と荷重、はんだの温度と強度、はんだの凝集力と広がり性の関係
   4. 積層板・基板・レジスト材
      1. 積層板の種類
      2. 基板の膨張係数と耐熱衝撃性の関係、基板の吸水率と耐湿度性の関係、基板のガラス繊
      3. 維量・組み方・径・本数と吸水率の関係
   5. リフローはんだ実装 (表面実装)
      1. はんだ実装温度の基本的な考え方
      2. 工法
         • 大気リフロー
         • 窒素リフロー
         • 真空リフロー
      3. 構造
         • 平行流方式
         • 垂直流方式
         • 垂直乱流方式
      4. はんだ部位の応力歪の構造と歪の分布
      5. はんだ印刷と転写率の考え方
      6. メタルマスクの加工法と版抜け性、版離れ方式と版抜け性の関係
      7. はんだペーストの常温放置時間とはんだ濡れ性、ローリング時間とはんだ濡れ性の関係
      8. 大気リフローと真空リフローにおけるはんだボイドの関係 (高速ビデオ画像)
      9. 表面実装におけるはんだ熱疲労のメカニズム
      10. はんだ熱疲労に与えるはんだ因子の関係 (田口メソッドによる)
      11. 熱風噴き出しと排気の位置、ノズル形状による温度差ΔTの最小化
      12. 冷却勾配制御
      13. 主要な故障モード
          1. 熱疲労
          2. パッケージクラック
          3. ブラックパッド (はんだ剥離)
          4. はんだボイド
   6. フローはんだ実装 (挿入実装)
      1. はんだ実装温度の基本的な考え方
      2. 工法
         • 大気フローはんだ
         • 窒素封入はんだ
      3. 挿入実装におけるはんだ熱疲労メカニズム
      4. はんだ部位の応力歪の構造と歪の分布
      5. はんだの昇り高さと間隙の関係
      6. 基板の種類・構造とはんだのクラック発生率との関係
      7. はんだ温度と荷重とクリープ寿命の関係
      8. はんだの昇り高さ、はんだの厚みとはんだ熱疲労寿命の関係
      9. 主要な故障モード
         1. 熱疲労
         2. クリープ
         3. リーク劣化
   7. 鉛フリーはんだ実装
      1. Sn-Ag-Cuはんだ合金の状態遷移図
      2. 引け巣・リフトオフ・食われ・Sn-Cu合金ウィスカのメカニズムとその制御法
      3. リフトオフにおよぼすはんだの中のCu量、冷却速度の関係
      4. はんだフィレット形状とはんだ弾性ひずみ、オーバーレジスト量とひずみの関係
      5. Sn-Cuはんだ合金のウィスカーのメカニズムとその制御法
      6. はんだボイドのメカニズムとその制御法
      7. 主要な故障モード
         1. リフトオフ
         2. 溶食 (喰われ)
         3. 凝固割れ (ひけ巣)
         4. はんだボイド
         5. ウィスカ
   8. 両面実装
      1. 混載実装
      2. リフロー局部ディップ実装
      3. マスク実装
      4. 両面リフロー実装
      5. 主要な故障モードとその対策
         1. はんだ軟化点を超えることによるはんだ剥離・はんだ強度劣化
         2. はんだ熱履歴が多数回かかることによるはんだ熱劣化
   9. 極小チップ部品実装
      1. 実装方式
      2. チップマウンタのノズル孔面積設計、実装方式によるヘッド位置精度
      3. チップ部品電極
      4. 故障モードとその対策
   10. BGA実装
       1. はんだバンプ形成法
       2. リフロー構造の要件
       3. 実装温度制御
       4. 検査法
   11. コテはんだ
       1. コテからの熱伝達効率
       2. はんだ送り量制御、三軸位置補正制御、コテ当て角度制御
   12. レーザはんだ
       1. 焦点距離、ビーム径、照射角度、反射率の制御
   13. はんだ印刷画像検査 (SPI) ・はんだ画像検査 (AOI)
       1. 検査方式
          • 2D方式
          • 3D方式
       2. はんだ転写率
       3. 画像検査プログラム制御
   14. 基板分割
       1. 基板分割方式
          • ルータ
          • ソー
          • 上下押切ディスク
          • 押切プレス
          • 手割り
       2. 各種方式ごとの基板にかかるひずみ
   15. インサーキットテスト、ファンクションテスト
       1. インサーキットテスタ・ファンクションテスタの基本条件
       2. プローブピンの種類と接触圧力、摺動距離、接触信頼性の関係
4. 質疑応答