皆さん、
前回の 前回の記事では、一般に信じられているのとは異なり、はんだ付けプロセスで形成される金属間化合物（IMC）は必ずしも脆いわけではないことを説明しました。故障モードは通常、IMC自体、IMCと銅またははんだの界面、そして多くの場合、はんだバルク自体にあることを示す文献をいくつかレビューしました。IMC の成長が信頼性に大きな影響を与えないという見解は、以下の研究によっても裏付けられている。 Lee, et al..Leeの論文の図1は、150℃で250時間エージングしても、熱サイクル試験における 特性寿命に大きな影響を与えないことを示している。
図1.Leeの参考論文にある熱サイクル試験では、150℃で250時間までのエージングは特性寿命に大きな影響を与えなかった。
しかし、IMCの厚さを最小限に抑えることは賢明である。そこで、ある温度でIMCはどのくらい速く成長するのかという疑問が生じる。[i]がその答えを示している。この論文でSiewertは、IMCの厚さはX=(kt)0.5として成長するという過去の研究を支持し、この式を用いたモデリングを支持する新しいデータを追加した。この式で、XはIMC成長距離、kは温度に依存する定数、tは時間である。Xは温度(T)に強く依存すると予想されるが、その通りである。Siewertの論文のデータを使って、Tの関数としてkの値を生成し、それを アレニウス・プロット.図2を参照されたい。
図2.kのアレニウスプロット。
次に図2を用いて70℃におけるkの値を求め、ミクロン単位のIMC成長Xを時間単位の時間の関数としてプロットした。その結果が図3である。
図3.70℃におけるIMC成長の時間関数。
なお、10ミクロン強の成長を得るには、約40年が必要である。図4は、200℃におけるIMC成長の結果である。この場合、約10ミクロンの成長を得るのに必要な時間はわずか100時間である。つまり、70℃から200℃にすることで、10ミクロンまでの実効IMC成長速度は30,000倍以上に加速されることになる。
図4.200℃における時間の関数としてのIMC成長。
これらは、異なる温度で収集されたデータからの理論計算である。では、この計算式が実際に機能するかどうか見てみよう。別の論文 [ii］では、Maらのチームが125℃のはんだ接合部を120時間エージングしました。上記の式は、この条件下で2.2ミクロンのIMC成長を予測します。図5から、計算による推定値と一致する約2ミクロンの成長が見られる。
図5.125℃、120時間におけるIMCの成長。
したがって、IMCはそれほど脆くはないが、その成長を制限することが賢明である。したがって、非常に高温のエージングにさらすことを制限することは賢明ですが、溶融はんだが非常に速いIMCの成長を可能にするため、はんだのリワークを最小限に抑えることが望ましいのは確かです。
乾杯
ロン博士
