（１３－９－４）　ＤｆＲ　ソルーション社の報告　

①　Ｐｂフリーはんだの信頼性

ＩＶＦ 2011
　　信頼性：Ｐｂフリーへの移行

　懸念される環境
　　温度変化（温度サイクル）
　　振動（高サイクル疲労）
　　機械的衝撃（低サイクル疲労）
　　高温（長期エージング）
　　低温（Ｓｎ　ペスト、延性・脆性遷移）
　　腐食（高湿、腐食性ガス）

　長期信頼性
　　ＳＡＣ、ＳｎＣｕはＳｎＰｂと同等か優れている
　　　ただし落下、機械的衝撃は除く
　　ＳｎＣｕはＳｎＰｂとＳＡＣの適度な中間
　　　ＳＡＣほど脆くbrittleない
　　　ＳｎＰｂよりクリープ耐性がある
　　　広くウェーヴとＨＡＳＬで受け入れられている

　温度サイクル（熱サイクル）
　　　多くの電子故障は熱機械的なものに関係
　　　　熱膨張率差が根本原因
　　　ＳｎＰｂｖｓＳＡＣ
　　　　ＳｎＰｂは優れているのは
　　　　　リ－ドレス、セラミック部品
　　　　　厳しい温度サイクル
　　　　　　－４０～１２５℃、－５５～１２５℃

　　どんな場合にSnPbがPbフリーより勝るか
　　　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）、抵抗
　　　厳しい温度サイクル
　　　　－４０℃～１２５℃
　　　　－５５℃～１２５℃

　　　Ｐｂフリーはより高い加速係数を示す
　　　加速寿命試験での故障は長期使用寿命と同じ

　　　ΔＴが大きくなるとＳｎＰｂがＳＡＣを上回るようになる
　　　　　しかし単純ではない・・・曲線の傾きと移行は部品と保持時間による

　　　応力緩和（の影響）
　　　　高ＡｇＳＡＣはより耐クリープ性が優れている

　　例外は非常な高温（＞１２５℃）、高応力負荷（リードレス、セラミック）

　　　保持時間効果

　　　いつが故障であり、故障でないか。

　　ＳＡＣ３０５の研究
　　　ＳＡＣの焦点はＢＧＡ、ＴＳＳＯＰ（薄、縮小、小型外周パッケージ）、リードレス・チップ部品（大きなもの、２５１２、１２０６）

　　　チップ抵抗：部品が大きいと寿命が短い

　　　保持時間の影響

　　　ＣＴＥ差が減少し、部品が柔軟になると保持時間降下減少

　　長期保持

　　　長時間保持でＳｎＰｂ、ＳＡＣどちらも短期に故障。
　　　劣化速度はＳＡＣが速いがそれでもＳＡＣが優れている。

　　　エージング効果・・影響は小さい

　　　長期保持と部品の影響

　　結論（ＳｎＰｂｖｓＳＡＣ３０５）
　　　ほとんどの作動環境で統計的に差は小さい。

　　ＳＮ１００Ｃの場合

　　初期故障の影響（ＳＡＣ、ＳｎＰｂ）

　　ＳＮ１００Ｃ＞ＳＡＣ＞ＳｎＰｂ

　　低ＡｇＳＡＣの場合

　　冷却速度、保持時間、接合寸法の影響
　　ＳＡＣ１０５とＳＡＣ３０５の差は小さい

Hillman 2010

ＰＣＢの強さ
　　　パッド・クレータリング
　　　電気化学マイグレーション
　パッド・クレータリング
　　動的機械的事象で積層板内で亀裂発生。
　　　回路試験（イン・サーキット試験）、基板分割、コネクタ挿入、衝撃、振動・・・

　　きっかけ
　　　微細ピッチ部品、
　　　高脆性積層板
　　　硬いstifferはんだ（ＳＡＣｖｓＳｎＰｂ）
　　　大きなヒートシンクの存在
　　標準的手順では検出困難
　　　Ｘ線検査、染色浸透検査dye-n-pry、ボール・せん断、ボール・引き
　対策
　　ソルダマスク規定（被せ）と非規定
　　柔軟なはんだ・・低ＡｇＳＡＣ

　　パッド・クレータリングはＰｂフリー問題か

はんだ信頼性
　ＩＭＣの影響
　　ＩＭＣ成長

　　　エージング温度によるによる電気的抵抗や強度の変化は小さい。

　信頼性
　　疲労
　　　機械的疲労は低サイクル（高振幅）事象＜衝撃＞と高サイクル（低振幅）事象（振動）で起きる。
　　　高サイクル疲労
　　　　　繰り返し曲げ
　　　　　振動試験
　　機械的サイクルの寿命は２つに分けられる
　　　　　低サイクル疲労
　　　　　高サイクル疲労
　　低サイクル疲労は塑性ひずみ駆動（Coffin-Manson）
　　高サイクル疲労は弾性ひずみ駆動（Basquin）

　　　ほとんどの試験結果は寿命を基板水準のひずみでプロット
　　　　弾性範囲でだけはんだひずみと等価
　　　繰り返し曲げは振動より厳しくない（１／２～１／４）

　　試験結果
　　　ＫＡＩＳＴ
　　　　１．２７ｍｍピッチ、２５６　Ｉ／Ｏ　ＢＧＡ（２７ｘ２７ｍｍ）
　　　　試験：幅１００ｍｍ

　　　Ｍｏｔｏｒｏｌａ
　　　　０．８ｍｍピッチ　１７９Ｉ／Ｏ（１４ｘ１４ｍｍ）　幅４４ｍｍ、１Ｈｚ、変位０．２～０．５ｍｍ

　　　ＤｆＲ
　　　　２５１２チップ抵抗（６．２５ｍｍｘ３ｍｍ）、幅１００ｍｍ、４Ｈｚ

　　　コフィン・マンソン予測

　　振動

　　　ＪＧＰＰ　→　（１３－６－３）　ＪＣＡＡ／ＪＧ－ＰＰの調査結果（航空機・軍用向け信頼性試験）

　　　　ＢＧＡではいつもＳｎＰｂがＰｂフリーより優れている。
　　　　レードレス、リード部品では決定的でない。

　　　Ｉｎｔｅｌ　
　　　　サイン曲線振動、０．７５ｇ～４．０ｇ

　　実験手順

　　　基板の位置で応力水準が異なりばらつき大きい

　　　結果解釈
　　　　ＳＡＣはＳｎＰｂより硬いstiff
　　　　低サイクル疲労（塑性駆動）　
　　　　　変位駆動機械サイクル　ＳｎＰｂが良い　ＣＳＰ
　　　　　荷重駆動機械サイクル　ＳＡＣが良い　ＴＳＯＰ
　　　　高サイクル疲労（弾性駆動）
　　　　　ＳＡＣが良い

　　　Ｓｔｅｉｂｅｒｇの臨界変位（ランダム振動で２０万回生き残り）