皆さん、
現代の自動車に搭載される電子機器の使用温度は、125℃を超えることもある。このような高温では、はんだ接合部における銅と錫の金属間化合物の成長が懸念される。
例えば、293K/505K=0.5802のように、室温でさえ錫の融解温度のかなりの割合であるという事実を、私たちはしばしば考えない。このような計算をする場合、ケルビンスケールを使わなければならないことを思い出してほしい。しかし、125℃は錫の融点の0.788℃に相当する。この温度は、鍛冶屋の錬鉄が895℃であることに相当する。図1は鍛冶屋の鍛鉄温度チャートである。895℃は赤熱を超えている。
図1.鍛冶屋の鍛造温度表
では、SACはんだの125℃における銅と錫の金属間化合物の成長は、時間の関数としてどのようになるのでしょうか？フィックの拡散法則によれば、金属間化合物の成長量Dは次式で与えられる：
D = (k(T)t)^0.5 式1.
k(T)は温度に依存する成長速度定数、tは時間である。Siewertら[i]は、SACはんだの様々な温度と時間についてDを測定する実験を行った。Siewertに倣って、ここでは時間単位を使用する。SACはんだに関する図2a～2cのデータを用いて、kをアレニウス・グラフにプロットすることができました（図2参照）。
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図2.シーベルトのデータのアレニウス・プロット
図2から、Ln k = -6784.7/T+ 14.81 または k = exp (14.81)*exp-(6784.7/T) であることがわかる。つまり、125℃または398Kでは、k = 0.1068となる。このkの値を用いて、Dを時間の関数としてプロットすることができる。その結果が図3である。どちらのスケールも対数であることに注意されたい。1,000時間（42日間）で金属間化合物は10ミクロン成長した。3年後には53ミクロンになる。Siewetのデータにはエラーバーがあるため、慎重であるべきだ。しかし、私の感覚では、これらの予測は2分の1以内だと思う。
図3.SACはんだにおける125℃での時間の関数としての金属間化合物成長。
このような厚い金属間化合物は、過酷な自動車環境においてどのような影響を及ぼすのだろうか？誰にもわからないが、誰か実験をやって調べてほしい。
乾杯
ロン博士
[i]Siewert, T. A. etal,Formation and Growth of Intermetallics at the Interface between Lead-Free Solder and Copper Substrates, APEX 1994.
