2009_06_2nd Generation LF Alloys-DfR　第２世代２０１１　
＊ＳＡＣ３元共晶近傍ＮＴＥとその代替

　ＳＡＣが産業で受け入れられている。Ｂｉ、Ｚｎ、Ｉｎには問題がある。
　　

　Ｚｎの問題点
　　ＳＣＣ（応力腐食割れ）

　Ｉｎの問題点
　　低融点では魅力的だが、供給に問題。

　Ｂｉの問題点
　　Ｐｂ汚染で深刻な劣化発生。

　Ｐｂが供給鎖から除外されればＳｎ－Ａｇ－Ｂｉも復活？

　ＳＡＣ３０５とＳＡＣ３９６の比較　　高Ａｇ（３．８－４．０％）かやや低いＡｇ（３．０％）か
　　　
　　　ＳＡＣ３９６はＮＥＭＩで、ＳＡＣ３０５はＪＥＩＤＡで多くのデータ
　　　ＳＡＣ３０５
　　　　巨大初晶Ａｇ３Ｓｎ析出問題で有利（析出しにくい）
　　　　　　　ＳＡＣ３０５は亜共晶でＳＡＣ３９６（４０５）は過共晶。
　　　　低融点
　　　　低コスト
　　　　微細構造がより一定
　　　　特許問題がない？

　低価格より過剰Ａｇ３Ｓｎ析出問題でＳＡＣ３０５がＳＡＣ４０５より標準的に

　
　ＳＡＣは析出硬化合金で微細構造はリフロー条件の影響を大きく受ける。

　温度サイクルでは保持時間の影響

　ＳｎＰｂは靱い（柔らかいductile）が、温度の影響受けやすい。

　ＳＡＣ３０５の濡れ広がり・・・高表面張力で流動とＣｕ濡れが悪い

　望ましい性質
　　低融点（１９０℃に近い）
　　低剛性（５１からＳｎＰｂの４０ＧＰａ近く）
　　良好な濡れ挙動（濡れ時間０．５秒程度）
　　安定な挙動（析出硬化、急速軟化がないほうが好ましい、アセンブリ後の安定した特性）
　　低降伏応力と低加工硬化速度（ＳｎＰｂ同等、疲労を受けない柔軟性compliance）
　　低Ｃｕ溶解　　
　　低表面張力

　はんだの傾向
　　表面実装リフローではＳＡＣ３０５が支配的
　　携帯機器でのエリア・アレー部品でＳＡＣ１０５使用が増加
　　ＳｎＣｕがウェーヴとＨＡＳＬで普及
　　微量添加ＳＡＣＸ、ＳｎＣｕＸへの強い傾向

　見込みある成分
　　Ｓｎが主成分（Ｃｕとよく理解されたＩＭＣ形成）
　　Ａｇ低減で弾性係数低下（ＳＡＣ１０５は１１％ＳＡＣ４０５より小さい）
　　微量のＮｉ、ＣｏがＩＭＣ形成抑制、Ｃｕ溶解低減（Ｔｍは２２０℃以上となる）
　　Ｐｂが供給鎖から除外されればＢｉが大きな役割（ＳｎＡｇＣｕＢｉが見込みある）
　　Ｍｎ、Ｃｅなどが耐衝撃性改善で大きな見込み
　　＊ＲＥ系はウィスカ問題があり、航空・軍事用では不可とされる。

　ウェーヴはんだ合金
　　ＳｎＡｇＣｕ－適度な濡れ、ドロスが多い、過剰なＣｕ溶解、高価
　　ＳｎＣｕ－ぬれ悪い、低価格、高槽温度必要、
　　ＳｎＣｕＸ（Ｎｉ・・・）－濡れ良い、適度な価格、浴制御必要（ＣｕとＮｉ比）

　鉛フリーの現況
　　部品（はんだボ－ル）供給
　　　ＳＡＣが依然支配的、しかし低Ａｇ導入増加（ＳＡＣ２０５、ＳＡＣ１０５、ＳＡＣ０５０７）
　　はんだペースト
　　　ＳＡＣ３０５が依然支配的
　　ウェーヴとリワーク
　　　Ｓｎ０．７ＣｕＮｉ（ＳＮ１００Ｃ）
　　　Ｓｎ０．６ＣｕＣｏ（ＳＮ１００ｅ）
　　　Ｓｎ０．７ＣｕＮｉＢｉ（Ｋ１００ＬＤ）
　　ＨＡＳＬ
　　　Ｓｎ０．７ＣｕＮｉ（ＳＮ１００Ｃ）

　Ｃｕ溶解

　スルーホールのひざ（ニー）がめっき厚薄く問題が生じる、主にリワーク、リペアで問題。

　スルーホール充填性を良くするため予備加熱、はんだ浴温度、保持時間を増加させやすい

機械的衝撃と振動

　ＩＣＴ（インサーキット試験）で亀裂、えぐれが生じやすい

　ＳＡＣは曲げ応力に敏感

　積層板亀裂は配線破壊となる

　落下試験ではＳＡＣがＳｎＰｂより悪い

　ＥＮＩＧ（無電解Ｎｉ／Ａｕ）がＯＳＰより悪い

　
　ＳＡＣ１０５の衝撃試験

　ＳＡＣＸによる落下特性改善

　Ｍｎ、Ｃｅ添加が効果あるというデータがある
　　落下試験　ＳＡＣＭ（Ｍｎ）≧ＳｎＰｂ≧ＳＡＣＣ（Ｃｅ）＞ＳＡＣ１０５＞ＳＡＣ３０５　（Ｌｉｕ　２００９）

　振動試験
　　低ひずみではＳＡＣが良いが、高ひずみではＳｎＰｂが良い。

　材料、部品の影響
　　抵抗：　一般に　ＳＡＣ＜ＳＮ１００Ｃ＜ＳｎＰｂ
　　ＴＳＯＰ：　５０％故障で　ＳＮ１００＜ＳｎＰｂ＜ＳＡＣ
　　ＣＳＰ：　一般に　ＳＡＣ≪ＳＮ１００Ｃ～ＳｎＰｂ

　高サイクル疲労

温度サイクル
　　ＦＣ（アンダーフィル無し）ではＳｎＰｂが良い。硬いstiff部品はＳｎＰｂが良い。
　　ＴＢＧＡではＳＡＣが良い。柔軟compliantな部品ではＳＡＣが良い。

　ＳｎＰｂがＳＡＣより勝るのは
　　リードレス、セラミック部品
　　　リードレス・セラミック・チップ・キャリア（水晶、振動子、抵抗ネットワーク・・・）
　　　ＳＭＴ抵抗
　　　セラミックＢＧＡ
　　厳しい温度サイクル
　　　－４０～１２５℃
　　　－５５～１２５℃

　ＳｎＰｂ－ＳＡＣ遷移

　ＳＡＣ３０５がＳＡＣ１０５より熱サイクルは良い

　ＳＡＣ３０５の長所
　　高強度なので柔軟なパッケージ（ＢＧＡ、ＣＳＰ、ＱＦＰ）に対し熱サイクル特性が良い。
　　高降伏強度なので高サイクル疲労（低振幅振動）特性が良い。
　　表面実装部品に対しぬれ特性が十分である。（しかし枕不良がおきやすく、裸のＣｕに対し濡れが不足）
　　高クリープ耐性で高温動作可能。

　ＳＡＣ３０５の欠点
　　　液相線が高くプロセス温度高い（高エネルギー使用、ＰＣＢと部品を圧迫）
　　　析出硬化合金なので機械的特性がプロセスとエージング条件で劇的に変化
　　　重要ではないが濡れ挙動（高表面張力）、Ｃｕ溶解、価格が理想的でない
　　　高剛性なのでパッド亀裂が一般的破壊モード（動的ひずみ）
　　　抵抗、キャパシタなど硬い部品で熱サイクル信頼性悪い
　　　衝撃特性がＳｎＰｂより非常に悪い

　　ＳＡＣ１０５　
　　　落下、衝撃特性がＳＡＣ３０５より良い
　　　熱サイクルはＳＡＣ３０５より悪い
　　　クリープ速度が非常に高い
　　　Ｃｕ溶解速度が低い
　　　ＩＭＣと巨大板状Ａｇ３Ｓｎ抑制
　　　Ｍｎ、Ｃｅ等添加で特性大きく改善

　　ＳｎＣｕＮｉ
　　　ウェーブとＨＡＬに有望
　　　Ｃｕ、Ｎｉ量制御注意
　　　表面実装に有望（振動、衝撃、熱膨張異方性）
　　　表面平滑で亀裂発生サイト減少
　　　しかし高リフロー温度

Ｃｕ溶解
　　

　　応力緩和
　

　成分とＩＭＣ
　　ＳｎとＣｕＣｕ３ＳｎとＣｕ６Ｓｎ５形成、不可逆、液体状態だけでなく固体状態でもしかも室温でも成長。
　　Ｂｉは固溶しあるいは析出（＞１％）
　　ＩｎはＡｇ、Ｃｕと２元系ＩＭＣと３元系ＩＭＣＳｎＡｇＩｎ、ＳｎＣｕＩｎ
　ＣｏはＮｉど同様の挙動

第２世代２０１１　ＤｆＲプレゼン
　なぜＳＡＣ３０５が標準無鉛はんだとなったか
　　ＳＡＣは共晶ＳｎＰｂを置き換える理想的はんだとみなされたことはなく、
　単にそのときに最善の選択であっただけ。すでに利用可能で納得できる融点で、他の選択に比べ信頼性問題が最もなかった。
　　しかしＳＡＣ３０５には新しい合金で克服できる弱点がある。
　　ＳＡＣは析出硬化合金で微細構造と機械的特性がリフロー温度、時間、冷却速度、エージング（保持時間）により大きく影響される。
　　はんだ特性がアセンブリ条件や消費者使用環境にそのように依存することは好ましくない。

　ＳＡＣ３０５とＳＡＣ４０６（ＳＡＣ３９０６）　　やや低いＡｇ（３．０％）か高Ａｇ（３．８－４．０％）か
　　共晶はＳｎ－３．５Ａｇ－０．９ＣｕでＳＡＣ３０５とＳＡＣ４０６）は似たような融点。
　　ＳＡＣ４０６はＡｇ３Ｓｎ析出の高体積比となる。
　　ＳＡＣ４０６はより高価。
　　ＳＡＣ３０５はより低せん断応力（より柔軟compliant）
　　ＳＡＣ３０５が徐々に標準を勝ち取った。

　ＳＡＣ合金の機械的特性

　　冷却速度の微細構造への影響

　
　　応力－歪（塑性）　温度の影響
　　クリープ
　　　　ＳｎＰｂのクリープ速度は１２５℃までのエージングの影響は大きくない。
　　　　ＳＡＣ３０５のクリープ速度はエージング条件により大きく影響される。
　　　　ＳＡＣ１０５では更にエージング条件に影響される。

　クリープ

表面張力　流動性と濡れ
Ｃｕ溶解
　

　ＳＡＣは歪に敏感

　完璧な合金とは
　　各はんだに長短があり、用途ごとに異なる最適はんだがありうる。一般的消費者条件では
　　　　低融点（１９０℃に近い）
　　低剛性（５１からＳｎＰｂの４０ＧＰａ近く）
　　良好な濡れ挙動（濡れ時間０．５秒程度）
　　安定な挙動（析出硬化、急速軟化がないほうが好ましい、アセンブリ後の安定した特性）
　　低降伏応力と低加工硬化速度（ＳｎＰｂ同等、疲労で損傷を受けない柔軟性compliance）
　　低Ｃｕ溶解（Ｃｕ配線の溶食抑制）　　
　　低表面張力（Ｃｕ配線の被覆とＰＴＨの濡れ上がりのため）

　見込みのある成分
　　Ｓｎが主成分（Ｃｕと良く理解されたＩＭＣ形成）
　　Ａｇ削減で弾性係数低下
　　ＩＭＣ成長抑制とＣｕ溶解減少のため微量のＮｉ、Ｃｏ等
　　Ｐｂが供給鎖から除かれるとＢｉが大きな役割
　　耐衝撃性改善の他の成分　Ｍｎ、Ｃｅが大きな見込み