はんだの実装部不具合事例・信頼性試験

カーケンダルボイド^*が多量に発生したことによる接合界面の劣化事例です。実装時の過剰の熱影響、使用環境の熱影響など により、金属間化合物層が成長し、それに伴い、カーケンダルボイドが多量に発生することがあります。

* カーケンダルボイド発生のメカニズム

一般にカーケンダルボイドは、相互拡散の不均衡により発生した原子空孔（格子欠陥）が消滅することなく集積したことにより発生します。Sn/Cuの界面の場合、Cuの拡散に対してSnの拡散が少ないため、金属間化合物とCu界面に空孔が集積すると考えられています。

電子部品の電極やプリント基板ランドのめっき不具合により、はんだ濡れ不具合が発生します。

7 以下に示したのは、プリント基板のSnめっき不具合起因による事例です。
はんだ濡れ不具合部は、最表面にCu-Sn金属間化合物が存在していました。Sn/Cu界面には金属間化合物が生成していますが、金属間化合物は融点が高く不活性であり、最表面に生成される酸化層は、RMA系フラックスに溶解され難いため、はんだ濡れ性が劣化します。この領域は、ランドのSnめっきが薄く、Cu-Sn金属間化合物が表面に露出していたと推測されます。

電子部品電極のめっき状態を評価するため、はんだ濡れ性試験を調査することもあります。

プリント基板実装品のはんだ接合部を評価する方法として、温度サイクル試験が一般的に用いられています。温度サイクル試験により、はんだ接合部に熱応力（各材料の熱膨張の差による）を負荷させ、強度変化及びクラック発生状態を調査します。

また、必要に応じて、欠陥部の調査として元素分析なども実施します。

電子部品電極などのはんだ濡れ性試験は、JIS Z 3198-4「鉛フリーはんだ試験方法-第4部:ウェッティングバランス法及び接触核法による濡れ性試験方法」に規定されています。以下にウェッティングバランス法について紹介します。

なお、評価方法は、試料形状などに影響されるため、同形状の製品（正常品など）との相対比較となります。

BGA、CSPは、実装基板へのストレスが多い携帯機器など使用されています。BGA、CSPなどのはんだ接合部耐久性試験の一つとして、実装基板の曲げ試験による評価方法（EIAJ ED-4702 耐基板曲げ試験方法など）があります。はんだ接合部の抵抗をモニターし、破断までのサイクル数を調査します。