金属間化合物を考慮したエレクトロニクスマイクロはんだ接合部の熱疲労強度

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12450046
• Research Institution: Yokohama National University
• Principal Investigator: 白鳥 正樹 横浜国立大学, 工学部, 教授 (60017986)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 于 強 横浜国立大学, 工学部, 助教授 (80242379)
• Keywords: 電子デバイス / はんだ接合部 / 熱疲労強度 / 金属間化合物 / ぜい性破壊 / 鉛フリーはんだ

Research Abstract

近年欧米諸国をはじめとして環境保全の問題としてPbを規制する動きが出てきているため、Sn-Pb共晶はんだの代わりにPbフリーを目指すための代替合金の使用が検討し始めている。現在検討されているPbフリーはんだ材料のほとんどはSnの含有量が90%以上のもので、これによっていままで検討してこなかったSn-Cu金属間化合物の信頼性の問題が確実に顕在化しつつある。本研究では金属間化合物の信頼性を考慮したエレクトロニクス実装はんだ接合部における混合破壊モードの破壊メカニズムを明らかにするとともに、その信頼性評価方法を確立することを目的としている。
平成12年度の研究成果は下記のようになる。
(1)各種はんだ材料と電極Cuとの金属間化合物の生成速度および成分と温度などの条件の関係を明らかにするために、はんだ接合部の時効試験を行った。その結果金属間化合物の成長速度はほぼはんだ材料に含有するSnの量と比例することが分かった。また、Ni-Auめっきを施すことによって大幅に金属間化合物の成長速度を抑えることができるとの結論が得られた。
(2)ナノインデンターを用いて接合部の金属間化合物の材料特性を計測する方法について検討し、数ミクロン厚の金属間化合物層の弾性係数および硬さを計測する方法を確立した。また、金属間化合物の破壊靭性とその硬さと高い相関関係を持っていることを明らかにできた。
(3)各種鉛フリーはんだの金属間化合物の成長およびはんだ材料の材料特性とはんだ接合部の疲労破壊モードの関係について調べた。その結果はんだ接合部の金属間化合物での疲労破壊強度ははんだ接合部の金属間化合物の状態のみならず、鉛フリーはんだの材料特性にも大きく影響されていることが分かった。この結果は鉛フリーはんだの材料選択の指針を確立することができると示唆している。

Research Products

• [Publications] 白鳥正樹,于強 他2名: "BGAパッケージはんだ接合部の熱疲労信頼性簡易評価"日本機械学会論文集A編. 67・654. 216-224 (2001)
• [Publications] 白鳥正樹,于強 他3名: "均質化法による粒子分散形複合材料の特性評価"日本機械学会論文集A編. 66・652. 55-60 (2000)
• [Publications] 加賀靖久,于強,白鳥正樹: "統計的設計支援システムを用いた有限要素法によるアンダーフィル実装構造の熱疲労信頼性評価"エレクトロニクス実装学会誌. 3・7. 585-591 (2000)
• [Publications] 于強,白鳥正樹,金道燮: "はんだ接合部の金属間化合物層における脆性破壊強度評価"日本機械学会講演論文集. 00・17. 585-591 (2000)
• [Publications] 于強,白鳥正樹,金道燮: "鉛フリーはんだ接合部の接合信頼性に対する金属間化合物層の影響"MES2000. 10. 227-230 (2000)