（１３－５）　基板レベルの高ひずみ速度信頼性試験

　　電子機器の信頼性については　（１３－１）　はんだ相互接合の環境と信頼性　で述べたように従来の据置型の電子機器
　に対し携帯型電子機器では落下による故障が重要視されてきてオリ、また車、飛行機などの輸送あるいは車載機器の
　電子化にともない振動の影響が重視されてきている。
　　これら落下や振動は従来問題視されている温度サイクル（熱疲労）に比べ高ひずみ速度であることが特徴で、このことによる
　固有のはんだ接合上の問題が、特にＰｂフリー化にともなって浮上してきている。
　　（１２－２）　ひずみ速度の影響　、（１２－３）　はんだ接合破壊　などで詳しく述べたようにはんだではひずみ速度硬化を示し、
　高ひずみ速度ではバルクはんだ強度が増加し、応力がはんだ接合の界面、更にはパッド金属ないし配線周辺に集中し、また
　Ｐｂフリーはんだ化にともなう界面反応の促進と特有のＩＭＣの形態morphogy、パッドＣｕ溶解の影響、高リフロー温度の影響などにより
　ＳｎＰｂはんだでは見られない現象あるいは破壊モードが生じている。
　　このＰｂフリーはんだとＳｎＰｂはんだの違いについては　（７－５）　SAC系とSnCuX系のまとめ　でも述べた。

　　以下では特に基板レベルの高ひずみ速度信頼性試験の観点から基板搭載（アセンブリ）状態での基板曲げ、振動、落下および
　結合試験について述べる。

（１３－５－１）　ひずみ速度と信頼性問題

　　ひずみ速度と信頼性問題の関係する事項を簡単にまとめる。

①　各種試験（環境）とひずみ速度

小嶋

　　ひずみ速度は各種試験でおおよそ下記範囲である。
　　　　クリープ速度　　　　１０^－８～１０^－５ｓ^－１
　　　　熱サイクル試験　　１０^－４～１０^－２ｓ^－１
　　　　恒温疲労試験　　　１０^－４～１０^－２ｓ^－１　（１～０．００１Ｈｚ）
　　　　静的引張試験　　　１０^－３～１０^－２ｓ^－１
　　　　落下試験　　　　　　約１０^３／ｓ

②　はんだ接合とひずみ速度と破壊モード

Shnawah

　高速ボールせん断試験ＦＢＳＴ

　ＣＩ：ＩＭＣからの亀裂発生による破壊・・・高速衝撃負荷、落下など
　ＣＳ：はんだボールからの亀裂発生による破壊・・・物体の衝突
　ＤＤ：はんだボールの延性変形による破壊・・・低変位速度

　ＪＥＤＥＣ　ＪＥＳＤ２２－Ｂ１１７Ａによればはんだボール試験でツールの移動速度は
　　　低速度　０．０００１～０．０００８ｍ／ｓ（０．１～０．８ｍｍ／ｓ）
　　　高速度　０．０１～１．０ｍ／ｓ（１０～１０００ｍｍ／ｓ）

日立化成　　　

＊はんだボールについてはすでに　（１２－３－３）　はんだボール接合における破壊モード　で述べた。

＊はんだ接合界面強度、パッド接着強度、積層板強度は実際の強度順位、傾向を示すものではない。

（１３－５－２）　基板曲げ試験　bend

　　引張試験やせん断試験結果と基板曲げ試験ではＰｂフリーはんだとＳｎＰｂはんだとの違いで必ずしも同様の傾向が
　得られるわけではない。
　　かならずしも高ひずみ速度試験というわけではないがまず基板での曲げ試験を見ておく。

①　基板曲げ試験方法

　　３点曲げ試験と４点曲げ試験がある。

EIAJ ED-4702A
　ＴＥＳＴ　ＭＥＴＨＯＤＳ
　　　００１　温度サイクル
　　　００２　はんだ接合強度（ピール、プル、プッシュ）
　　　００３　基板曲げ試験（表面実装部品）
　　　００４　繰り返し基板曲げ試験（表面実装部品）
　　　００５　落下試験

　・３点曲げ

　　１．０ｍｍ／分、反り：１．０～４．０ｍｍ、幅９０ｍｍ、ツール先端Ｒ２３０

　・４点曲げ

JEDEC 22B113　携帯電子製品の部品の相互接合信頼性特性化のための基板レベル繰り返し曲げ試験法

　４点曲げ
　１（３）Ｈｚ、～２０００００ｃ、～２（４）ｍｍ　（）はオプション

　　支持：１１０ｍｍ、負荷アンヴィル：７５ｍｍ、部品端とアインヴィル中心：１０ｍｍ（部品は５５ｍｍ以内）、アンヴィル径３ｍｍ以上
　　基板１３２ｘ７７ｍｍ、部品は５５ｘ５５ｍｍ以内

ＮＰＬ
　　　

　ＮＰＬによれば３点曲げと４点曲げでは基板の湾曲方向が異なるが一般的ではない。

　・球状曲げ試験

Ｃｅｌｅｓｔｉｃａ　球状曲げ試験　ＪＥＤＥＣ　９７０７

Ｇａｒｎｅｒ　　基板曲げと温度サイクルの差異

Ｊｏｙｃｅ　各種曲げの差異

　　球状曲げがもっとも厳しい。

Towashiraporn
　動的衝撃、鋼球を落下。
　４点は上：４５．０ｍｍ、下：５０．０ｍｍ
　球状は上：７ｍｍ、下３５ｍｍ
　はんだ：ＳＡＣ１０５

　　同じ負荷条件でパルス継続時間は４点が長い。

　　主な破壊モードは同じで基板側ＩＭＣ

　　シュミレーション結果

　　＊各最大値で規格化、４点と球状間は相対化していない。（基板長軸ｙ）

Ｌａｍｍｅｒｔｉｎｋ　抵抗モニター

基準　破壊の定義

　・衝撃基板曲げ
Lee

日立

　　繰り返し衝撃曲げ試験：１５０ｇロッドの落下。落下高さ７５～２００ｍｍ。

　繰り返し衝撃曲げ試験の基板長手方向ひずみ

②　限界（単調）曲げ試験

　　Ｐｂフリーはんだは高剛性、高耐力のため塑性変形従って応力緩和しにくく、バルクはんだ以外の部分、接合界面や、
　基板（積層材）、部品母体などに高応力がかかりやすくなって来、そのことによりセラミック・キャパシタの本体亀裂や積層材亀裂
　などの破壊モードが生じやすくなっている。
　　これはＰｂフリーはんだが高リフロー温度で大きな熱応力が生じやすくしかも応力緩和しにくいことで一層促進されている。

サンミナ
　　３５ｍｍｘ３５ｍｍ　３８８　Ｉ／Ｏ　ＰＢＧＡ、２０３ｘ７２ｍｍＰＣＢ、ＰＣＢ表面処理ＯＳＰペーストＳＡＣ４０５
　　４点曲げ、０．７６２ｍｍ／ｍｉｎ

　　一般的破壊モード

　　（ｂ）ＢＧＡ側の鏡像

　　Ｓｎ－０．７５ＣｕとＳｎ－３．５Ａｇで見られた稀な破壊モード

ＨＰ

　　破壊モード？　ＳＡＣが故障を起こしやすい。

Ｂｌａｔｔａｕ
　３点曲げ
　ＳＡＣ３０５とＳｎ３７Ｐｂ、ＥＮＩＧ
　故障：容量５％低下。

　　下記有限要素法結果と異なる。

Blattau

　セラミック・キャパシタ

　　２．３ｍｍの反りで亀裂が始まり、これは約６２ＭＰａ（ＢａＴｉＯ３の引張強度に合う）

Bansal
　　Ｐｂフリーアセンブリでの高リフロー温度がＢＧＡパッド界面に高残留応力を引き起こす。
　　またＳｎＰｂ合金より顕著に硬くstiff、脆くbrittle、所与の機械的負荷でより高い応力をＢＧＡパッドに伝達する。
　　またＰｂフリー両立ＰＣＢに使用される甲Ｔｇ積層材はＳｎＰｂ用より脆い。
　　更に高密度、高精細アセンブリでパッドは小さくなってきている。
　　上記事情により機械的曲げ負荷による積層材内部亀裂（パッド・クレーター）の発生が起き易くなっている。
　　このパッド・クレーターにより引き続く機械的応力でＢＧＡパッドにつながる配線破壊による電気的故障が起こりうる。
　　しかし初期段階の損傷、すなわち樹脂と積層材間亀裂は即座に電気抵抗の変化とはならない。継続的負荷増加で
　亀裂は成長し電気抵抗が変化する配線破壊となる。
　　ここでは音響放出によるパッド・クレーターの初期検出を紹介。