電子部品、電子デバイスの解析・調査

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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発生による、はんだ接合界面劣化 [実装部の不具合事例]

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。

はんだ濡れ不具合 [実装部の不具合事例]

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。

関連リンク:はんだ濡れ性試験

はんだ接合部評価(温度サイクル試験)[信頼性試験]

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。

温度サイクル試験
温度サイクル試験

イオンマイグレーション試験・調査

電位差のある狭ピッチの端子間では、水分、不純物イオンの影響によりイオンマイグレーションを発生することがあります。

  • 試験の概要
    基板に電圧を印加した状態で、高温高湿試験を実施し、イオンマイレーションが発生するのかを試験します。
    試験中は、電圧をモニターし、電圧の変化から抵抗の変化を確認します(絶縁劣化の確認)。
  • 試験後の調査
    (1)光学顕微鏡観察、SEM観察
    イオンマイグレーションが発生した箇所では、短絡の痕跡(デンドライト:樹状結晶など)が確認されます。
    (2)元素分析(EDX分析、EPMA分析)、イオンクロマト分析
    イオンマイグレーションが発生した箇所では、腐食促進成分となる塩素などが存在している場合があります。
    (3)原因調査
    基板の破壊調査(断面調査など)を実施して、腐食成分の由来(基板の配線パターン作製時に使用するエッチング液の残渣など)について調査します。

はんだ濡れ性試験 [信頼性試験]

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。

はんだ濡れ性試験
試験装置外観

関連リンク:メニスコグラフ法による半田(はんだ)ぬれ試験

実装基板のはんだ耐久試験(曲げ試験)[信頼性試験]

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。

耐基板曲げ試験
耐基板曲げ試験 装置外観

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