緩和策については（１５−２） ウィスカの現象と理論の概観のなかの特に
（１５−２−３） 原因−駆動力と生成・成長機構
（１５−２−４） Osenbachの説明
で触れられているが、ここでは更に詳しい文献を見てみる。
部品とはんだ付け・実装・組み立て後のウィスカ形成の差
Dittes
諸条件とウィスカ成長
部品状態保管とはんだ付け後の使用状態の差異
ウィスカ試験の多くは部品状態で、ＰＣＢにはんだ付けした状態でないことに注意。
部品の基板搭載時の変形、応力付加、はんだ付けによるめっきの溶融・移動などが起きる。
更に製品組み立て（アエンブリ）による応力付加等のや製品使用状態の影響もある。
→すべてウィスカ形成に影響
（１５−７−１） 緩和策の歴史
２００３年１１月 Ｇａｌｙｏｎ
熱処理 ・・・アニール（融点以下）、溶融（通常油浸漬）、リフロー（通常ベルト炉）
１９６２年にGlazunovaは１００℃、６時間以下、１５０℃、２時間以下でのアニールのウィスカ発生・成長の抑制効果に言及。
１９６８年にＲｏｚｅｎは１９１−２１８℃、最低４時間、窒素中処理の効果とＳｎ−Ｃｕ界面のＩＭＣ改善とめっき膜の粒成長に言及。
１９７５年にＳａｂｂａｇｈらは抑制に効果があるが除去はできないと要約。
１９７３年にＴｕは６０℃以上でＣｕ６Ｓｎ５はＣｕ３Ｓｎに変化するとした。
１９７４年にＢｒｉｔｔｏｎはデータを概観し、黄銅へのＳｎめっきのアニールは形成開始を遅延させるだけとした。
１９８３年にGlazunovaは基材、下地の違いによる効果に言及。またアニールがめっき膜の残留応力減少させると述べた。
２００２年にＷｈｉｔｌａｗらは各種ＳｎとＳｎ合金をＣｕ−２．０Ｆｅ−１．２Ｚｎと４２アロイに形成しアニール効果を確認、しかし
５２℃、９８％ＲＨ放置ではあるものにウィスカが生成。
下地
１９７４年にＢｒｉｔｔｏｎは黄銅へのＣｕの効果と鉄鋼への悪影響を認める、また黄銅へのＮｉ効果を認めた。条件は２０℃の乾燥条件。
１９８７年にＤｕｎｎは２０℃、４０−８０％ＲＨで黄銅へのＣｕ下地で多量のウィスカ発生を報告。
１９９７年にＥｗｅｌｌらは多層キャパシタではＮｉ下地で問題が出てないことを報告。
２００２年にＣｈｅｎらはＣｕへのＮｉ下地Ｓｎめっきで応力測定し、Ｎｉ下地では残留応力は引っ張りで、Ｎｉ無しは圧縮であることを発見。
同年、ＷｈｉｔｅｌａｗらはＣｕ合金（Ｃ１９４）へのＮｉ下地の５２℃、９８％ＲＨへの効果を発表。
同年、Ｖｏらは６０℃、９５％ＲＨとー４５℃から８５℃の温度サイクルでＮｉ下地は完全には緩和できないことを示した。
同年、Ｅ３グループは室温保管にＡｇとＮｉ下地が効果ありと述べた。温度サイクルはＣｕ基材のＳｎめっきに対し影響はないが、
４２アロイには加速効果を認めた。
これらをもとにインフィニオンはマット・ＳｎめっきＣｕ基合金リードフレームの緩和策の下記を採用。
１． Ａｇ下地（＞２μｍ）
２． Ｎｉ下地（＞０．５２μｍ）
３． アニール（１５０℃、２時間）
合金Ｓｎめっき
１９６３年にGlazunovaらはＳｎ６０−４０ＳｎＰｂ−、６５−５５ＳｎＣｕ、６５−３５ＳｎＮｉ、８０−２０ＳｎＺｎなどを調べ、９０−２０ＳｎＺｎ以外は成長抑制
の顕著な効果を認めた、低合金ではＳｎＮｉでＮｉ＞１２％以上とした。また２−３％ＢｉとＳｂに３−４ヶ月の潜伏期間増加を認めた。
１９６６年にＡｒｎｏｌｄはウィスカ緩和にＳｂ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ａｕ、Ｐｂ、Ｎｉが最も有望とした。このなかでＳｎＰｂがめっき性等から実際的とした。
これをもとに緩和策としてＳｎ−１０Ｐｂが１９６０年代晩期から支配的になった。
１９６４年にＢｒｉｔｔｏｎらはＣｕまたは鉄鋼基体より黄銅がよりウィスカが成長しやすいとした。Ｚｎが表面に到達することを証明。Ｃｕも表面に到達。
１９７４年にＢｒｉｔｔｏｎはＳｎ−３５Ｎｉがウィスカを生じないとした。しかしはんだ付け性がＳｎ−Ｐｂより劣る。
１９９８年にＹａｎａｄａは５−１５％のＢｉ、Ａｇ添加効果を報告。
２０００年にＳｃｈｅｔｔｙは５５℃保管での合金効果について、基体が黄銅、１９４アロイ（Ｃｕ−２Ｆｅ−１２Ｚｎ）でＳｎ１Ｃｕ、Ｓｎ２Ｃｕ、Ｓｎ３Ｃｕ、Ｓｎ５Ｂｉ、
Ｓｎ１０Ｂｉ、Ｓｎ１０Ｐｂのすべてにウィスカ成長を認めた。
２００１年にＶｏらはＳｎＢｉが他のＳｎ基めっきより優れているとした。しかしはんだ付け性は共晶ＳｎＰｂよりすべて劣る。
２００１年にＭｏｏｎらはＣｕがＳｎ膜粒径を小さくし粒界のＩＭＣを析出するとした。
これら結果には大きな相違が見られる。
溶融、リフローＳｎめっき
１９６６年Ａｒｎｏｌｄが溶融とホット・ディッピングのウィスカ緩和効果に言及。
１９７４年にＢｒｉｔｔｏｎがホット・ディップとリフロー溶融が効果ありと述べた。
１９８７年Ｄｕｎｎが機械的拘束したＳｎめっき鋼の溶融効果を肯定した。
Ｓｎ、Ｎｉ、ＣｕとそのＩＭＣの物理的性質
Ｓｎ膜の応力測定
マクロ応力
片もち梁の利用
Ｘ線回折（ピーク位置移動）による格子歪
Ｘ線ピーク幅の広がり
ミクロ応力
Ｘ線ピーク幅の広がり
Ｓｎ膜の優先配向
現時点では優先配向は商業利用では満足して制御できない。
拡散
拡散はウィスカ形成の認識された要素。ＮｉはＣｕの拡散バリアとして名高い。
自己拡散
Ｓｎでの高速拡散（Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ）
ＳｎのＮｉ、Ｃｕとの相対拡散
（１５−７−２） Ｈｉｌｌｍａｎらの概観
Ｈｉｌｌｍａｎら Ｓｎウィスカ緩和の新しい（より良い）接近法
基礎
ウィスカを駆動する応力は５の源から生じる。
下地金属（ＩＭＣ形成）
下地金属（熱膨張係数の差）
バルクめっき条件
酸化・腐食
外部圧力
下地金属（ＩＭＣ形成）
ＣｕのＳｎ粒（内）拡散と粒界拡散速度の大きな差のためＣｕ６Ｓｎ５は粒界に成長。
体積膨張は５８％（Ｃｕ６Ｓｎ５に対するＣｕとＳｎのモル体積）でめっき中に大きな圧縮応力発生。
下地めっきにＮｉを使用するとＳｎとＣｕの相互拡散としたがってＣｕ６Ｓｎ５形成を阻止。
ＳｎとＮｉのＩＭＣのＳｎ３Ｎｉ４は比較的薄く、均一でＮｉのＳｎでの低溶解度のため自己制限。
この形態は圧縮応力を生まず、むしろ若干引っ張り応力的。
このため１．２μｍ以上のＮｉ下地めっきがウィスカ成長抑制のためよく使用される。
めっき後すぐの１５０−１７０℃でのアニールもよく利用される。
６０℃以上ではＣｕ３Ｓｎが形成され、７５℃以上ではＳｎのバルクと粒界の拡散速度はほぼ等しくなる。
これによるＩＭＣ形態は圧縮応力を生ぜず、均一な層がＣｕとＳｎの拡散速度と相互混合を減少させる。
下地金属（熱膨張係数の差）
下地金属がＳｎめっきより熱膨張率が小さいと、繰り返し温度変化で圧縮応力が生じる。
| 材料 | ＣＴＥ（ｐｐｍ／℃ |
| Ｓｎ | ２３ |
| Ｃｕ | １７ |
| 黄銅 | １９ |
| 青銅 | １０ |
| Ｎｉ | １３ |
| ４２アロイ | ５ |
| 鉄鋼 | １１−１７ |
バルクめっき条件
集合組織texturingあるいは有機光沢剤のようなめっき成分の巻き込みを起こすような条件などでのめっき工程によりめっきバルクに
圧縮応力が導入される。
小粒はＳｎとＣｕの相互拡散とウィスカ形成のための速いＳｎ拡散のための粒界をより多く生じる。
このため光沢Ｓｎ（粒サイズ＜１μｍ）は電子部品に許容されない。
集合組織（粒の優先配向）の度合いは臨界則を演ずると思われる。
高有機光沢剤量、高電流密度が集合組織をもたらす可能性がある。
このようにして導入された粒配向はウィスカに好都合で圧縮応力を増加させる。
酸化・腐食
Ｓｎの酸化過程も圧縮応力状態を誘起する。
常温でのＳｎの粒内及び粒界でのＯとＳｎの拡散速度の大きな差のためＳｎＯ２は粒界（微小亀裂も）に優先し成長する。
体積膨張でめっきに大きな圧縮応力が生じる。
同様にある条件では表面に腐食が生じ、腐食生成物がＳｎ内に圧縮応力を誘起する。
昇温、湿度への暴露が常温でのＳｎ酸化の自己制限を打ち破りこのような挙動を加速させるという示唆がある。
外部圧力
コネクタ（基板上、プレスフィット）、スタンドオフ、カード・ガイド、ワッシャー、ターミナル、取り外し（セパラブル）シールディングなどを含む
電子製品の外部圧力点に共通であるが、特にＳｎめっきフレキシブル回路の接触圧力が問題である。
ポリイミド基板の高剛性は局部的高圧力、従って高応力をもたらす。応力が大きいほど応力解放のためウィスカは長くなる。
緩和の新接近法
１原因の応力だけに対応する緩和は失敗する。すべての応力に対して保護することは不可能であると思われる。
このためチェックリストと工程管理の基本的２行動に頼る。
ＩＭＣ形成のよる応力は適正に制御されているか
アニールによって。（めっき２４時間以内の１５０℃ｘ１ｈ）
適当な下地めっきによって。（Ｎｉ、Ａｇなど）
表面粗化などによって下地が異方性ＩＭＣ成長を制限しているか。
熱膨張率差による応力は適正に制御されているか
下地はＣｕ。
熱膨張係数はＮｉ（１３ｐｐｍ）より大か同等。
バルクめっきの応力は適正に制御されているか。
供給者は面内応力を月単位で測定し、応力が引っ張りか温和な圧縮であることを保証。
低Ｃ、有機含有量Ｓｎめっきだけを使用。
めっきをリフロー。
酸化・腐食による応力は適正に制御されているか。
装置は直接腐食条件に曝してはいけない。（水状フラックス残渣、腐食ガス、塩噴霧・・・）
装置を真空で使用。
湿度４０％以下。
絶縁保護コーティングかポッティング材料で被覆。
外部負荷による応力は適正に制御されているか。
Ｓｎめっきを取り外しできる機械的負荷体に採用しない。
Ｓｃｈｕｅｌｌｅｒ ＤｆＲ （Ｈｉｌｌｍａｎらに欠ける部分だけ補遺）
ウィスカによる潜在的故障モード
直接接触
短絡、放電を起こす。
電磁放射
ＥＭ信号送受信、高周波でのノイズ。
６ＧＨｚ以上の信号劣化はウィスカ長さに無関係。
デブリ（ゴミ）
取れて２端子間を短絡。
光沢剤
マット・Ｓｎは鈍い外観・・・大粒、平滑でない表面
浴に添加されたＣ光沢剤が新粒成長の核発生サイトとなる。
→光沢めっきは小粒で平滑な表面
腐食試験と汚染物の影響
フレキシブル・ケーブルの接触応力
→柔らかい高分子基材の接触が広範囲に応力を発生。
採られるべき主な行動
光沢めっき禁止（コネクタ・シェルと機械部品）
Ｆｅまたは黄銅へのＳｎめっき禁止（機械部品）
向き合わせmatedフレキシブル回路にはＡｕめっき使用。
Ｎｉ下地またはめっき後の熱処理保証。
ファイン・ピッチ部品にはウィスカ試験実施。
可能なら絶縁被覆コート
（１５−７−３） Ｓｍｅｔａｎａらの概観
Ｓｍｅｔａｎａ ２００６ ｉＮＥＭＩの高信頼性製品に使用される部品のＰｂフリー表面処理についての推奨
純Ｓｎ（及びＰｂフリー高Ｓｎ合金）表面処理はＳｎウィスカ成長の可能性による電子製品の信頼性危険がある。
３つの方法による受容基準
緩和策の実施
Ｓｎ試験要求
供給者の工程管理
ウィスカ緩和策はなお多くの場合論争的
Ｓｎウィスカの基本的理論が依然論争的
駆動力は圧縮応力 →粒界エネルギー派も存在
転位機構理論は大方不承認 →再結晶を基礎とした理論
圧縮応力源
ＩＭＣ形成
モル体積が置き換えたＳｎより大きいとＳｎ膜圧縮応力 Ｃｕ６Ｓｎ５
小さいと 引っ張り応力 Ｎｉ３Ｓｎ
酸化物成長
ＳｎＯ、ＳｎＯ２のモル体積が置き換えたＳｎより大きい 圧縮応力
激しい酸化（腐食）が高応力を生じる
熱
Ｓｎと基体（下地）のＣＴＥ不適合が温度変化で応力発生
機械的
緩和策は応力源あるいは応力解放にウィスカ成長以外の方法で対処しなければならない。
緩和策
非Ｓｎめっき
ＮｉＰｄ、ＮｉＰｄＡｕ、ＮｉＡｕ
可能ならば好ましい
ＳｎＰｂまたはＳＡＣと両立
モールド樹脂接着性良くない。
Ａｇ基礎表面処理 Ｎｉ／Ａｇ、Ｃｕ／Ａｇ、（Ｎｉ／）ＡｇＰｄ
高硫黄環境でだけウィスカ成長、しかし他の理由で望ましくない
はんだ付け性、シェルフ寿命に問題
Ｈ２Ｓ（場合によってはＳＯ２）雰囲気でＡｇウィスカまたはデンドライト成長。
合金化
ＳｎＰｂ
たくさんの水平粒界
ほとんど等軸組織（柱状でない）
（大きな原子の置換拡散あるいは柔らかい相で高圧縮応力の緩和相となるという理論がある）
ＳｎＢｉとＳｎＡｇ
ＳｎＰｂと同様の作用とするがデータは限られている。
合金化はなぜ必ずしも効果がないか
合金化成分量の非一様性
量が少ない ＳｎＰｂのウィスカはＰｂの検知されない領域、ＳｎＰｂはＰｂ〜１０％
Ｂｉは＜４％ 亀裂抑制、はんだ付け性、低融点相形成（ＳｎＰｂＢｉ）
Ａｇは〜４％に制限 Ａｇデンドライト、めっき工程管理困難
量が少ないと粒組織を十分変化できるか疑問
ＳｎＣｕ
Ｃｕはウィスカ形成を促進
圧縮応力を増加
Ｃｕ基体へのＳｎＣｕは最悪なひとつ
下地 主にＮｉ（場合によってＡｇ）
Ｃｕ基下地とＳｎ反応によるＣｕ６Ｓｎ５形成による圧縮応力蓄積を除去
応力要因 Ｓｎ粒界へのＩＭＣ成長、モル体積増加
ＩＭＣ成長による応力源以外に効果ない
ＣＴＥ不適合、酸化、機械的なものでは依然ウィスカ形成
＊Ｎｉ下地の例外の可能性
Ｎｉ下地
コネクタと受動素子に多く使用
Ｓｎ−Ｎｉ相互拡散速度はＳｎ−Ｃｕより遅い
ＳｎのＮｉへの拡散はＮｉのＳｎへの拡散より速い
Ｎｉモル体積６．６、Ｎｉ３Ｓｎ４は７５．２５ １９．８ｃｃｓ＜３４ｃｃｓ
Ｓｎ／Ｎｉ／Ｃｕ Ｓｎが空孔多い領域、Ｎｉが膨張
帯域構造
Ａｇ下地
産業利用は限られている、データ少ない
ＩＭＣ成長速度はＳｎＣｕより遅い
理論・詳細は少ない
なぜ下地めっきは働かないか？
下地めっきはＩＭＣ形成に関係する応力にしか効果ない。
Ｎｉは他の原因にも効果ありえるがすべてへはない。
他の圧縮応力源には酸化、温度サイクルでのＣＴＥ不整合による応力、機械的応力などがある。
下地が亀裂、損傷すると激しいウィスカ成長がおきる。
１：Ｆｌａｔ、２：Ｂｅｎｔ、３：Ｔｉｐ、４：Ｓｃｒａｐｅｄ
溶融
めっき後すぐ（典型＜１週）
長い実使用で良好な結果。
微細配線部品には使用されない。
固有のめっき応力の除去と大きな粒成長。
Ｃｕ３Ｓｎ形成でその上へのＣｕ６Ｓｎ５形成速度（と伴う応力蓄積）が遅くなる。
アセンブリ過程での部品表面処理溶融（リフロー）は同じ効果を示さない。
幾何効果で溜まり部と薄くなる部分が生じる。
ＩＭＣ層がＳｎめっきに溶解し高応力部となる、Ｓｎ粒をウィスカ形成しやすい微粒にする。
アセンブリ・リフロー・サイクルが影響。
時には悪化
良くなる場合もある
リフローは影響ないというメーカーもある。
ホット・ディップ
純Ｓｎ、ＡｎＡｇＣｕ、ＳｎＡｇまたはＳｎＣｕさえも
良好な実使用経験、構造鉄鋼部品、コネクター、リレーなど。
溶融と同様な効果（粒成長、応力、ＩＭＣ）
ＳｎＡｇＣｕ、ＳｎＡｇなども利用でき、めっきより合金制御性良い。
ＳｎＣｕは大疑問。
効果の関係する多くの要因がある。
リード、部品幾何（形状）
ディップ後の成形作業
ディップ後の冷却作業
はんだ浴維持と不純物
フラックス種類
いつでも効果あるわけではない。
アニール、熱処理（Ｃｕ系基体） １５０℃ｘ１ｈ、２４時間以内。
ＩＣ業界で頻用。（Ｅ４先導）
めっき応力除去、粒成長、Ｃｕ３Ｓｎ（Ｃｕ６Ｓｎ５のこれ以上の成長抑制）上に均一Ｃｕ６Ｓｎ５形成。
いつでも効果あるわけではない。 Ｓｎめっき工程等の依存。
４２アロイ
ウィスカ駆動力はＣＴＥ不適合、下地めっきやアニール効果なし。
ＳｎＢｉがある程度有効（ＳｎＰｂはんだとでは接合強度寿命に問題）
温度サイクルではしばしば長いウィスカ成長
他の配慮
マットｖｓ光沢めっき
マットが一般的にはウィスカ形成しにくい。 低応力、大粒。
マットＳｎがウィスカ・フリーというのは懐疑的。
厚めっきｖｓ薄めっき
厚めっきが一般的にはウィスカ成長を遅らせる。
表面化学エッチング
３〜４μｍのエッチングが効果ありという試験結果（試験が限られている）。
４帯域モデルでのＩＭＣ形成の谷と丘が垂直効果という理論が当てはまる。
絶縁被覆コート
アセンブリ後のコートが成長速度を減少しそう。
材料と環境に特殊性ありそう。
解決cureとしてはデータ支持しない。
要約
緩和策はウィスカ危険性減少戦術の３つの鍵要求のひとつ
試験と工程制御も重要
この３段階戦術がＳｎウィスカの危険性を減少させるが除去はしない。
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