（１１－９－３）　ＰｂフリーはんだへのＡｕ及びその他貴金属の影響

①　バルクへの影響

Huh
　Ｓｎ－Ｃｕ－Ａｕ

Ｅｌ－Ｄａｌｙ
　Ｓｎ－Ｓｂ－Ａｕ，Ａｇ

Giles Humpston　Principles of Soldering
　Ｓｎ－４Ａｇ－Ａｕ

Yang　はんだ体積の影響
　バンプなどはんだ体積の非常に少ない接合ではＳｎ－ＡｇはんだでＳｎが電極との反応に消費されると相対的に
Ａｇ量が増加し巨大初晶Ａｇ３Ｓｎが形成されやすくなる。

Ｓｎ－Ｂｉ－Ａｕ

②　接合への影響　→ＡｕＳｎ４再堆積問題

ＮｏｋｉａのＰｅｎｇ
　　Ｎｉ／ＡｕとＳｎ－２．５Ａｇ－０．８Ｃｕ－０．５ＳｂとＳｎ－Ｐｂ－２Ａｇ
　

　フラッシュＡｕ
　　界面にＰｂリッチ相が存在しない
　厚いＡｕ
　　界面にＰｂリッチ相
　　界面にＡｕＳｎ４層

　Ｓｎ－２．５Ａｇ－０．８Ｃｕ－０．５ＳｂとＳｎ－Ｐｂ－２Ａｇ

Ｐａｎ
　ＳＡＣ３０５、基板：電解Ｎｉ／Ａｕ　Ａｕはフラッシュ（０．０８～０．３８μｍ）と厚Ａｕ（２～２．５４μｍ）
　落下（２５０Ｇ、２．３ｍｓ、１０回）と振動試験（０．２７５ｍ２／ｓ３、５～１２０Ｈｚ、５０分）

　Ａｕ量が多いとはんだ中の細長いＡｕＳｎ４が亀裂の伝播場所となる。

　薄いＡｕＱＦＮははんだバルクのＳｎマトリクス
　厚いＡｕＱＦＮは
　　はんだバルクのＳｎマトリクスと部品側あるいは基板側近くのＩＭＣ、ＡｕＳｎ４を経由

　薄いＡｕ基板

　厚いＡｕ基板

Ｈｉｌｍａｎｎ
　抵抗（Ｎｉ／Ｓｎ？）とＳｎＰｂ、ＳＡＣ３０５
　ＰＣＢ：基板上Ａｕの下地はっきりしないが、Ｘ線像でＮｉが見えるのが基板側だとするとＣｕ／Ｎｉ／Ａｕの構成か、
　（文中で再堆積を見ているのは基板側としている。）
　抵抗は通常厚膜Ａｇの上に電解Ｎｉ／Ｓｎである。
　したがって相互接続構成は（Ｎｉ／Ｓｎ）｜はんだ｜（Ｎｉ／Ａｕ）と考えられる。

　　Ａｕ量計算

　Solder with 6.0wt% Gold and Aged for 0 (top), 168 (middle) and 1000 (bottom) hours at 125℃
　　１０００ｈで厚いＡｕＳｎ４の連続層形成。

　Distribution of Sn, Au, Pb, and Ni in SnPb solder with 6.0wt% Gold and Aged for 1000 hrs at 125℃

　ＳＡＣ３０５

Electron micrographs of SAC305 Solder with 2.0wt% Gold and Aged for 0 (top), 168 (middle) and 1000 (bottom) hours at 125℃
　　１０００ｈではＳＡＣ３０５でもＡｕＳｎ４の連続層がＳｎＰｂより薄いが形成されている。

　Electron micrographs of SAC305 Solder with 7.5wt% Gold and Aged for 0 (top) and 1000 (bottom) hours at 125℃

　Distribution of Sn, Au, Ni, and Cu in SAC305 Solder with 2.0wt% Gold and Aged for 1000 hours at 125C

　Low Speed（２．５ｍｍ／ｓ） Shear Test Results, SAC305- 0 hr Aging

　Low Speed Shear Test Results, SAC305 -168 hr Aging

　Low Speed Shear Test Results, SAC305-1000 hr Aging

　Low Speed Shear Test Results-SnPb (left) and SAC305 (right)

　High Speed（８００ｍｍ／ｓ） Shear Test Results, SAC305-First Peak Energy、１２０６だけ。

　High Speed Shear Test Results, SAC305-Total Energy

　High Speed Shear Test Results, SnPb and SAC305-First Peak Energy

　High Speed Shear Test Results, SnPb and SAC30-Total Energy

　High Speed (Impact) Fracture Surfaces of SnPb Solder with 4.4wt% Gold and
Aged for 0 (top), 168 (middle), and 1000 (bottom) hours at 125C

　Elemental map of SnPb solder with 4.4wt% Gold and Aged for 1000 hrs at 125C

　High Speed (Impact) Fracture Surfaces of SAC305 Solder with 1.6wt% Gold and
Aged for 0 (top), 168 (middle) and 1000 (bottom) hours at 125C

　Elemental map of SAC305 solder with 1.6wt% Gold and Aged for 1000 hrs at 125C

　High Speed (Impact) Fracture Surfaces of SAC305 Solder with 5.5wt% Gold and
Aged for 0 (top) and 1000 (bottom) hours at 125℃

　Elemental map of SAC305 solder with 5.5wt% Gold and Aged for 1000 hrs at 125C

　Thermal cycling results for 2512 resistors, Weibull parameters

　Weibull plots of thermal cycling failures (0 to 100℃) as a function of gold content (2512 Resistors, Aged for 168 hours at 125℃)

　Weibull plots of thermal cycling failures (0 to 100℃) as a function of aging time (2512 Resistors, SAC305 with 7.5% Gold)

　Weibull plots of thermal cycling failures as a function of solder alloy (2512 Resistors, Aged for 168 hours at 125C)

　A plot of time to failure under temperature cycling as a function of gold content

多元系

③　ボイド形成への影響

ＮｏｋｉａのＰｅｎｇ
　　Ｎｉ／ＡｕとＳｎ－Ａｇ－Ｃｕ－ＳｂとＳｎ－Ｐｂ－Ａｇ
　

　　ボイド形成でのＡｕ量の効果
　　　高Ｓｎ、高リフロー温度のためＡｕの溶解量はＳｎ－Ａｇ－Ｃｕ－ＳｂがＳｎ－Ｐｂより大きい
　　　溶融Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ－Ｓｎ接合のＡｕＳｎ４の割合はＳｎ－Ｐｂ－Ａｇ接合より大きい
　　　溶融はんだのＡｕＳｎ４結晶ははんだの粘性を増大させ、濡れ広がりを低下させる
　　　増加した粘性でガス放出が制約されボイド量が多くなる
　　　速い冷却速度と大きなＡｕＳｎ４の割合で不規則なボイドが厚いはんだ接合に生じる

Ｐａｎ
　はんだ：ＳＡＣ３０５、端子めっき電解Ｎｉ／０．２８～０．４６μｍＡｕ、基板：電解Ｎｉ／２～２．５４Ａｕ