＜概要＞
溶融ＳｎはＡｕを良く溶解するが固溶量は少なく、大部分ＡｕＳｎ４として晶出する。
このＡｕＳｎ４は金属間化合物ＩＭＣであるため脆く、はんだ中に占める体積が大きくなるとはんだ接合の劣化を招く。
更にＡｕはＳｎとＩＭＣ化すると、Ａｕ→ＡｕＳｎ４の変化で体積が数倍となる。
これらによりＡｕのはんだ強度への影響は大きく従来共晶近傍Ｓｎ−Ｐｂはんだでは、はんだ中のＡｕ量は３ｗｔ％以下にする
ということが基準とされている。
またはんだ中にＡｕが多く溶解するとはんだの流動性を悪化させボイドの原因ともなる。
信頼性上ではＡｕによる脆化はエージングにおけるＮｉ基体上へのＡｕＳｎ４の再堆積（連続層形成）によるとされ、この改善には
Ｃｕの添加が有効とされる。
はんだへのＮｉの添加も効果があるとされる。更にＡｇも効果があるとする人もいるが、効果を報告しないのが普通である。
この接合界面へのＡｕＳｎ４の再堆積ははんだバルク中に比べ少ないＡｕ量でも影響を及ぼすのでＰｂフリーはんだでは特に
注目される。ＡｕＳｎ４の再堆積の検討でＡｕ量の許容量は低下する傾向がある。
（１１−９−１） Ｓｎ−ＰｂはんだへのＡｕの影響、脆化とボイド発生
（Ａ） 経緯
Ｈｉｌｍａｎｎらによると
１９６３年ＦｏｓｔｅｒらがＳｎー４０Ｐｂにおいて５〜１０ｗｔ％Ａｕで伸びの低下と靱性−脆性破壊遷移を認める。
しかしせん断強度はより徐々に低下し１５ｗｔ％Ａｕでも約２０％の低下。
Ｓｎ−４０Ｐｂ−ｘＡｕのせん断強度
| Ａｕ（ｗｔ％） | せん断強度（ｐｓｉ） |
| ０ | ５８３０ |
| ２．５ | ６１８５ |
| ５．０ | ５５６０ |
| １０ | ４９９０ |
| １５ | ４７２５ |
ＨａｒｄｉｎｇらはＡｕの厚みの臨界値として１．２５μｍ（５０μインチ）を推奨したが、強度低下はＡｕ量に逆比例し、急激な変化は
なかった。
ＢｅｓｔｅｒらはＳｎＰｂでの臨界Ａｕ量を４〜５ｗｔ％とした。
Ｇｌａｚｅｒらは長期信頼性から臨界値を３％とし、これが電子産業の基準となった。
Ｓｔｉｅｍａｎらによると最近はもっと薄くＡｕ厚みは０．５μｍ以下が推奨されている。
（ASM International Electronic materials Handbook, vol. 1 Packaging, 1989 p.638）
＊Stiemanらは脆性Ａｕ−Ｓｎ、脆性ＮｉＰ−はんだ、脆性Ｃｕ ＩＭＣ破壊を取り上げている。
脆性Ａｕ−Ｓｎ
Ｎｉ界面へのＡｕ移動
脆性ＮｉＰ−はんだ
ブラック・パッド
脆性Ｃｕ ＩＭＣ破壊
ＩＭＣ領域で破壊、ＩＭＣが総厚で１μｍ以下と薄い、リフロー時間が短くてＣｕ６Ｓｎ５より脆いＣｕ３Ｓｎが形成されたと思われる。
疲労破壊面にはストリエーションが見られる。
延性破壊例
（Ｂ） Ｓｎ−ＰｂはんだへのＡｕの影響
Ｈａｒｅによると
Ａｕの共晶Ｓｎ−Ｐｂ組織への影響
共晶Ｓｎ−Ｐｂ組織
明るい領域がＰｂ相、暗い領域がＳｎ相
Ａｕを含有する共晶Ｓｎ−Ｐｂ組織
中間色領域がＡｕ−Ｓｎ ＩＭＣ（初晶ＡｕＳｎ４とＡｕＳｎ２）
Ａｕ−Ｓｎ ＩＭＣ板は非常に薄く、〜０．２５μｍ。
Ａｕの影響によるボイド・・・破断面
Ｐｂ相（明るい灰色）、Ｓｎ相（暗い色、マトリクス）、Ａｕ−Ｓｎ相（中間色、棒状）が分布する組織
はんだ接合
Ａｕ含有量（ｗｔ％）と各相体積
Ｓｎ６２：Ｓｎ−３６Ｐｂ−２Ａｇ
Ｈａｒｅ
成分量とＩＭＣ体積
ＥＰＴＡＣ
Ａｕによるボイドと脆化
２．５４μｍという指標が旧 Ｊ−ＳＴＤ−０１１にある。
Ａｕ厚み、はんだ量とＡｕ脆化
Ｇｌａｚｅｒら
４ｗｔ％以上（Ａｕ厚みで約１μｍ以上）でボイドが発生。
Ａｕ増加とともにＳｎ−Ｐｂ微細組織が粗化、
Ｖｉａｎｃｏ
Ｓｎ−３７Ｐｂ
Ａｌａｍ
Ｓｎ−３７ＰｂＢＧＡ、電解Ｎｉ／Ａｕ
破壊表面
薄い０．１μｍ、厚い１．３μｍ
界面ＩＭＣの形成
Ｎｉが薄いと完全消費し、ＣｕとＳｎが反応し（Ｃｕ，Ｎｉ）６Ｓｎ５が形成される。
（Ｃｕ，Ａｕ，Ｎｉ）６Ｓｎ５が存在すると層状のＡｕＳｎ４は形成されない。
Ｎｉが厚いと（Ａｕ，Ｎｉ）Ｓｎ４が再堆積（界面に層状の偏析）
Ｎｉが薄いとＳｎがＣｕと（Ｃｕ，Ａｕ，Ｎｉ）６Ｓｎ５を形成しＡｕＳｎ４の連続層は形成されない。
群馬大荘司 ＡｕとＰｄ Ｓｎ−３７ＰｂとＡｕ、Ｐｄ
（１１−９−２） 主な金属のＳｎとのＩＭＣ化による体積増加
（Ａ） ＩＭＣの結晶学的性質
→Pbフリーはんだと金属間化合物ＩＭＣ
Ｇａｌｙｏｎ
Ｓｏｎｇ
より
Ｃｕ３Ｓｎ： ２７．３０／３＝９．１ →Ｃｕ３ＳｎでのＣｕ１個割合
Ｃｕ６Ｓｎ５： １１８．０１／６＝１９．６７ →Ｃｕ６Ｓｎ５でのＣｕ１個割合
従ってＣｕ６Ｓｎ５ではＣｕ１個につきＩＭＣ化で体積は１９．６７／７．１＝２．７７倍となり、
Ｃｕ厚み１μｍがＩＭＣ化で２．７７μｍとなる。
＊Ｃｕ３Ｓｎについては密度は８．９というものと１１．３といものが混在。
またＨａｒｅによると
ＡｕＳｎ４ ７５．０
ＡｕＳｎ４／Ａｕ＝７．４
ＡｕＳｎ２ ４２．８
ＡｕＳｎ２／Ａｕ＝４．２
Ｌｉ
Lee
Ａｎ
Mun
Downing
orthorhombic a=6.42、b=11.4、c=6.37 280.6
Nial
FeSn2
hexagonal a=5.317c=9.236 unit cell 4FeSn2 （12atoms） 226.1
あるいはa=6.52c=5.31 225.8
FeSn
hexagonal a=5.292c=4.440 unit cell 3FeSn(6 atoms)
CoSn2
tetragonal
a=6.348c=5.441 4CoSn2 219.2 219.4/4=54.8
Ni3Sn4
monoclinic a=12.2 b=4.005 c=5.215β=105°2′unit cell 2Ni3Sn4
以上のデータをもとに（ＰｄＳｎ４はＡｕＳｎ４と同じ結晶構造）
Ａｇ３Ｓｎでは１４７．９２／６＝２４．６５（unit cellにＡｇ６個）、２４．６５／１０．２８＝２．４
ＰｄＳｎ４では２６２．８６／４＝６５．７１（unit cellにＰｄ４個）、６５．７１／８．８５＝７．４
（Ｂ） 主な金属のＩＭＣ化による体積増加
| 金属またはＩＭＣ | 原子１個あたりの Ｓｎ配位数 |
モル体積＊ | ＩＭＣ化による体積増加倍率 ＝層厚みの増加倍率 |
| Ａｕ | １０．２１ | ||
| Ａｇ | １０．２８ | ||
| Ｃｕ | ７．１ | ||
| Ｎｉ | ６．６ | ||
| Ｐｄ | ８．８５ | ||
| Ｐｔ | ９．０９ | ||
| Ｆｅ | ７．０９ | ||
| Ｃｏ | ６．６７ | ||
| ＡｕＳｎ４ | ４ | ７５．０ | ７．４ |
| Ａｇ３Ｓｎ | ０．３３ | ２４．６５ | ２．４ |
| Ｃｕ６Ｓｎ５ | ０．８３ | １９．６７ | ２．７７ |
| Ｎｉ３Ｓｎ４ | １．３３ | １１．３２ | １．７ |
| ＰｄＳｎ４ | ４ | ６５．７ | ７．４ |
| ＰｔＳｎ４ | ４ | ７０．１５ | ７．７ |
| FeSn2 | ２ | ５６．５ | ７．９７ |
| CoSn2 | ２ | ５４．８ | ７．７２ |
以上のように原子１個あたりのＩＭＣ化による体積増加倍率はＡｇ→Ａｇ３Ｓｎに比べＡｕ→ＡｕＳｎ４の
ほうがかなり大きく、Ａｕの影響が大きいことがわかる。
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