Ｐｂフリーはんだ付けの金属学的基礎

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（Ｐｂフリーはんだ付け情報収集作業）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　２０１４年１月末日〜

　　　　　ＮＥＴ上の情報（文献等）をもとにＰｂフリーはんだについてやや金属学的に基礎的と思われる情報をまとめてみた。


　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　暫定公開（未完成）　　第４部


　　　　　　　　　　目次

　　　　　Ｐｂフリーはんだの金属学的基礎


＜第１部＞

　　　〔�T〕　Ｓｎの基礎的特性

　　　（１）　Ｓｎの基礎的特性

　　　（１−１）　Ｓｎの基本的性質
　　　（１−２）　Ｓｎの材料的特徴
　　　補遺→蒸気圧、表面張力、粘度

　　　（２）　Ｓｎ合金
　　　→組織　写真

　　　（２−１）　Ｓｎの主な２元合金系（状態図）
　　　（２−２）　Pbフリー２元Sn合金の概要　　
　　　（２−３）　３元系合金
　　　（２−４）　Ｓｎ合金の特性
　　　補遺→各種はんだの表面状態例

　　　（２−５）　条件により種々の様相を示すはんだ組織

　　　〔�U〕　Ｐｂフリーはんだの探索

　　　（３）　Ｐｂフリーはんだの探索の国際的プロジェクト

　　　（３−１）　国際的プロジェクトの概要　
　　　（３−２）　国外プロジェクトの報告内容
　　　（３−３）　日本のプロジェクト
　　　（３−４）　標準化、規格化

　　　（４）　企業の研究動向　

　　　（４−１）　日本のはんだメーカー
　　　（４−２）　日本企業（はんだメーカー以外）
　　　（４−３）　外国企業

　　　〔�V〕　各種Pbフリーはんだの特性　　

　　　（５）　高融点系

　　　（５−１）　Sn-Cu系
　　　（５−２）Sn-Ag系　　
　　　（５−３）　その他の２元系

　　　（６）　低融点系

　　　（６−１）　Sn-Bi系
　　　（６−２）　Sn-Zn
　　　（６−３）　Sn-In
　　　（６−４）　Sn-Agの低融点化　

（７）　Sn-Ag-Cu（SAC)系

　　　（７−１）　ＳＡＣ系の基本的性質　
　　　（７−２）　共晶近傍SAC系への合金微量添加による改善　
　　　（７−３）　SAC系の低融点化　
　　　（７−４）　ＳＡＣの低Ａｇ化　


＜第２部＞

　　　（７−５）　SAC系とSnCuX系のまとめ　　

　　　（８）　はんだの強度と組織　

　　　（８−１）　強度向上、耐酸化性向上
　　　（８−２）　組織とはんだ付け、環境条件　
　　　（８−３）　過冷却　
　　　（８−４）　はんだ接合及びＢＧＡ・バンプの結晶粒組織　
　　　（８−５）　一方向凝固
　　　（８−６）　はんだ複合材料

　　　（９）　異種はんだ合金の混合
　　　（９−１）　低融点成分の影響
　　　（９−２）　はんだ混合の金属学　

　　〔�W〕　はんだ接合界面と金属間化合物　

　　　（１０）　Ｐｂフリーはんだと相互接合

　　　（１０−１）　Pbフリーはんだと金属間化合物ＩＭＣ　
　　　（１０−２）　　はんだバルクへのはんだ接合の影響　

　　　（１１）　はんだ相互接合界面

　　　（１１−１）　Ｓｎと主な金属との界面反応　
　　　（１１−２）　Ａｌ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｂｉの界面反応例
　　　→拡散反応（拡散対）
　　　（１１−３）　Ｃｕ基体の界面反応　
　　　（１１−４）　Ni基体との界面反応
　　　（１１−５）　Ｎｉ合金基体　


＜第３部＞

　　　（１１−６）　その他の基体との反応　
　　　（１１−７）　Ｚｎ含有はんだとＣｕ、Ｎｉ基体　
　　　（１１−８）　はんだ接合界面に見られるいくつかの現象　
　　　（１１−９）　Ａｕによるはんだ接合脆化
　　　（１１−１０）　ＡｕＳｎ４再堆積問題
　　　（１１−１１）　はんだ添加成分の影響
　　　→ヘルシンキ工科大（ＨＵＴ）のＴ．ラウリラ、Ｖ・ヴオリネンらの論文
　　　→界面反応関連２元系状態図

〔�X〕　機械的性質と信頼性　

　　　（１２）　機械的性質とひずみ速度
　　　（１２−１）　機械的性質（静的性質）
　　　→Auburn大の諸データ
　　　（１２−２）　ひずみ速度の影響　
　　　（１２−３）　はんだ接合破壊


＜第４部＞

　　　（１３）　はんだ相互接合の疲労・破壊と信頼性

　　　（１３−１）　はんだ相互接合の環境と信頼性　
　　　（１３−１−１）　はんだ相互接合の環境と破壊
　　　（１３−１−２）　はんだ相互接合の環境と信頼性試験
　　　（１３−１−３）　国際組織の信頼性調査プロジェクト

　　　（１３−２）　疲労
　　　（１３−２−１）　恒温疲労の特徴化
　　　（１３−２−２）　バルクはんだの恒温疲労・・・微細組織の影響
　　　（１３−２−３）　バルクはんだの恒温疲労・・・破壊の進展
　　　（１３−２−４）　バルクはんだの恒温疲労・・・各種はんだ
　　　（１３−２−５）　はんだ相互接合の恒温疲労
　　　（１３−２−６）　はんだボール接合の恒温疲労
　　　（１３−２−７）　引張りとせん断の比較

　　　（１３−３）　応力緩和とクリープ
　　　（１３−３−１）　応力緩和
　　　（１３−３−２）　クリープの概要
　　　（１３−３−３）　ＳＡＣ系のクリープ
　　　（１３−３−４）　各種はんだのクリープ
　　　（１３−３−５）　クリープとはんだ組織
　　　（１３−３−６）　クリープへのエージングの影響
　　　（１３−３−７）　疲労の寿命予測
　　　→Auburn大の諸データ

　　　（１３−４）　熱疲労（温度サイクル疲労）
　　　（１３−４−１）　熱疲労（温度サイクル）の概要
　　　（１３−４−２）　バルクはんだでの熱疲労
　　　（１３−４−３）　リードレス部品とリード部品の熱疲労
　　　（１３−４−４）　ＢＧＡの熱疲労
　　　（１３−４−５）　各種はんだの熱疲労
　　　（１３−４−６）　ＰｂフリーはんだへのＳｎＰｂの影響
　　　（１３−４−７）　低ＡｇＳＡＣボールとＳＡＣ３０５ペースト
　　　（１３−４−８）　低ＡｇＳＡＣへの微量添加の影響
　　　（１３−４−９）　はんだ接合での熱疲労と組織変化
　　　（１３−４−１０）　熱疲労に関するヘルシンキ工科大ＨＵＴのMattilaらの研究
　　　（１３−４−１１）　パワー・サイクル
　　　（１３−４−１２）　温度サイクルと熱衝撃　昇降温速度の影響

　　　（１３−５）　基板レベルの高ひずみ速度信頼性試験
　　　（１３−５−１）　ひずみ速度と信頼性問題
　　　（１３−５−２）　基板曲げ試験
　　　（１３−５−３）　繰返し基板曲げ試験

　　　（１３−６）　基板振動試験
　　　（１３−６−１）　電子機器の振動
　　　（１３−６−２）　はんだ実装基板の振動試験
　　　（１３−６−３）　ＪＣＡＡ／ＪＧ−ＰＰの調査結果（航空機・軍用向け信頼性試験）

　　　（１３−７）　機械的衝撃
　　　（１３−７−１）　機械的衝撃試験
　　　（１３−７−２）　基板落下試験
　　　（１３−７−３）　落下試験に関するヘルシンキ工科大のMattilaらの研究
　　　（１３−７−４）　ＮＥＳＡＣと低ＡｇＳＡＣの落下試験
　　　（１３−７−５）　微量合金成分添加による落下信頼性改善

　　　（１３−８）　結合環境試験ＣＥＴ
　　　（１３−８−１）　結合環境試験ＣＥＴとＨＡＬＴ
　　　（１３−８−２）　連続的結合環境試験・・・落下試験への熱サイクルと恒温アニールの影響
　　　（１３−８−３）　同時結合環境試験・・・高温での振動と落下試験
　　　（１３−８−４）　結合環境試験（アールト大の研究）
　　　（１３−８−５）　ＮＡＳＡのＨＡＬＴ結果
　　　（１３−８−６）　日本でのＨＡＬＴ利用例

　　　（１３−９）　Ｐｂフリーはんだ接合の信頼性　まとめ
　　　（１３−９−１）　マンハッタン計画
　　　（１３−９−２）　ＩＮＥＭＩ報告
　　　（１３−９−３）　NASADoD
　　　（１３−９−４）　ＤｆＲ　ソルーション社の報告　
　　　（１３−９−５）　アールト大Ｗ．Ｐengの論文
　　　（１３−９−６）　インジウム社のＳＡＣＭ　
　　　（１３−９−７）　Mattilaらの信頼性試験の研究
　　　Mattilaらの研究１
　　　Mattilaらの研究２
　　　ＤｆＲの報告概要１
　　　ＤｆＲの報告概要２
　　　マンハッタン計画報告概要

　　　（１３−１０）　各種部品の接合信頼性試験　
　　　（１３−７−１）　表面実装部品とはんだ接合　
　　　（１６−７−２）　部品の接合強度試験
　　　（１６−７−３）　部品の接合強度の試験結果例
　　　（１３−７−４）　Ｐｂフリーはんだ接合信頼性の問題点　

＜第５部＞

　　　〔�Y〕　部品の端子めっき及び回路基板の表面処理のＰｂフリー化　　

　　　（１４）　部品の端子めっき（はんだめっき）と基板のＣｕ電極表面処理

　　　（１４−１）　部品の端子めっき
　　　（１４−１−１）　電子部品とめっき
　　　（１４−１−２）　電解Ｓｎめっき　
　　　（１４−１−３）　Ｓｎ合金めっき
　　　（１４−１−４）　溶融はんだめっき（はんだディップ）
　　　（１４−１−５）　Ｎｉ／Ａｕ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕめっき
　　　（１４−１−６）　Ｐｄめっき
　　　（１４−１−７）　諸めっきの比較

　　　（１４−２）　回路基板のＣｕ電極表面処理
　　　（１４−２−１）　プリフラックス
　　　（１４−２−２）　ＨＡＬ
　　　（１４−２−３）　置換めっき
　　　（１４−２−４）　Ｎｉ／Ａｕ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕめっき
　　　（１４−２−５）　回路基板の諸表面処理の比較　

　　　（１４−３）　無電解Ｎｉ（Ｐ）／Ａｕのブラック・パッド問題
　　　（１４−３−１）　ブラックパッド現象
　　　（１４−３−２）　ブラック・パッドと諸因子の影響
　　　（１４−３−３）　Ａｕめっき不良による欠陥

　　　（１５）　ウイスカー

　　　（１５−１）　種々のウィスカ外観（写真集）
　　　（１５−１−１）　種々の形状・形態のウィスカ
　　　（１５−１−２）　種々のＳｎ合金のウィスカ
　　　（１５−１−３）　種々の金属のウィスカ
　　　（１５−１−４）　ウィスカ類似生成物（非ウィスカ）
　　　（１５−１−５）　ウィスカの成長の様子

　　　（１５−２）　ウィスカの現象と理論の概観
　　　（１５−２−１）　Ｓｎウィスカ研究の経緯
　　　（１５−２−２）　現象
　　　（１５−２−３）　原因−駆動力と生成・成長機構
　　　（１５−２−４）　Osenbachの説明
　　　（１５−２−５）　メリーランド大の説明
　　　（１５−２−６）　金属酸化物ウィスカ（ナノワイヤ）

　　　（１５−３）　日本での研究
　　　（１５−３−１）　ＪＥＩＴＡの研究
　　　（１５−３−２）　阪大の報告
　　　（１５−３−３）　その他の報告

　　　（１５−４）　各種ウィスカ例
　　　（１５−４−１）　合金めっきウィスカ
　　　（１５−４−２）　はんだウィスカ
　　　（１５−４−３）　希土類成分の影響
　　　（１５−４−４）　溶接ウィスカ
　　　（１５−４−５）　エレクトロ・マイグレーション・ウィスカ

　　　（１５−５）　いくつかの要因のウィスカへの影響例
　　　（１５−５−１）　Ｓｎめっきの種類
　　　（１５−５−２）　Ｓｎめっき厚みの影響
　　　（１５−５−３）　基体材料（基材）、下地めっきの違い
　　　（１５−５−４）　熱処理
　　　（１５−５−５）　合金化効果
　　　（１５−５−６）　めっき膜組織
　　　（１５−５−７）　結晶方位
　　　（１５−５−８）　ウィスカ形成とヒロック形成
　　　（１５−５−９）　Ｃｈａｓｏｎ、Ｊａｄｈａｖら及びＤｉｔｔｅｓらの結果
　　　（１５−５−１０）　環境条件
　　　（１５−５−１１）　スパッタ膜
　　　（１５−５−１２）　ウィスカと腐食
　　　（１５−５−１３）　保護被膜
　　　（１５−５−１４）　外部応力の影響
　　　（１５−５−１５）　ウィスカと部品

　　　（１５−６）　ウィスカ生成機構論例
　　　（１５−６−１）　概観
　　　（１５−６−２）　再結晶関係理論
　　　（１５−６−３）　拡散クリープ関係理論
　　　（１５−６−４）　Ｃｈａｓｏｎらの説明
　　　（１５−６−５）　流動理論とひずみ勾配説
　　　（１５−６−６）　拡散経路開閉理論
　　　（１５−６−７）　粒界スベリ理論

　　　（１５−７）　ウィスカ緩和策の概観
　　　（１５−７−１）　緩和策の歴史
　　　（１５−７−２）　Ｈｉｌｌｍａｎらの概観
　　　（１５−７−３）　Ｓｍｅｔａｎａらの概観
　　　（１５−７−４）　ＪＥＤＥＣ（ＪＰ００２　２００６年）とＩＮＥＭＩ（４版　２００６年）の緩和策

　　　〔�Z〕　高融点はんだと特殊低融点はんだ

　　　（１６）　高融点はんだと特殊低融点はんだ

　　　（１６−１）　高融点はんだ　
　　　（１６−１−１）　はんだとろう
　　　（１６−１−２）　Ｐｂフリー高温はんだの概観

　　　（１６−２）　Ｓｎ系高融点はんだ
　　　（１６−２−１）　高Ｐｂ−Ｓｎ系
　　　（１６−２−２）　Ｓｎ−Ｓｂ系
　　　（１６−２−３）　Ｓｎ−Ｓｂ−Ｘ系
　　　（１６−２−４）　Ａｕ−２０Ｓｎ

　　　（１６−３）　非Ｓｎ系高融点はんだ
　　　（１６−３−１）　Ｂｉ系高融点はんだ
　　　（１６−３−２）　Ｚｎ系高融点はんだ
　　　（１６−３−３）　ダイボンディング用Ａｕ合金
　　　（１６−３−４）　特殊高融点Ｐｂはんだ代替材料

　　　（１６−４）　特殊低融点はんだあるいは低融点合金
　　　（１６−４−１）　Ｉｎ２元系低融点合金
　　　（１６−４−２）　３元系低融点合金

　　　〔�[〕　化学的性質とマイグレーション

　　　（１７）　化学的性質−酸化、腐食とマイグレーション

　　　（１７−１）　酸化
　　　（１７−１−１）　自由エネルギー
　　　（１７−１−２）　はんだの酸化膜の諸性質
　　　（１７−１−３）　酸化膜の保護性（ＰＢ比）
　　　（１７−１−４）　ドロス対策と耐酸化性向上　

　　　（１７−２）　腐食
　　　（１７−２−１）　腐食の概観
　　　（１７−２−２）　湿食
　　　（１７−２−３）　ガルバニック腐食
　　　（１７−２−４）　酸化膜とカソード還元法
　　　（１７−２−５）　ガス腐食
　　　（１７−２−６）　銀の腐食
　　　（１７−２−７）　クリープ腐食
　　　（１７−２−８）　Ｓｎ−Ｚｎ系の酸化・腐食

　　　（１７−３）　マイグレーション
　　　（１７−３−１）　イオン・マイグレーション（電気化学マイグレーション）
　　　（１７−３−２）　エレクトロ・マイグレーション
　　　（１７−３−３）　各種はんだのエレクトロ・マイグレーション
　　　（１７−３−４）　応力と熱マイグレーション
　　　（１７−３−５）　各種はんだの熱マイグレーション
　　　（１７−３−６）　香港市大のＣｈａｎらの電流負荷でのはんだ相互接合の破壊の概観

　　　〔�\〕　基板実装（アセンブリ：組立）とＰｂフリーはんだ接合

　　　（１８）　高温リフロー及び外観問題とＰｂフリーはんだ接合破壊モード

　　　（１８−１）　高温リフロー問題
　　　（１８−１−１）　Ｐｂフリーはんだの融点とリフロー
　　　（１８−１−２）　基板と部品あるいはパッケージ材料の耐熱性
　　　（１８−１−３）　リフローとパッケージ及び基板の変形
　　　（１８−１−４）　基板、パッケージの不良

　　　（１８−２）　Ｐｂフリーはんだ接合の外観問題
　　　（１８−２−１）　光沢と表面状態
　　　（１８−２−２）　引け巣あるいは熱間割れ

　　　（１８−３）　Ｐｂフリーはんだ接合と特殊破壊モード
　　　（１８−３−１）　低融点相形成とフィレット剥離及び再溶融剥離
　　　（１８−３−２）　Ｐｂフリーはんだ接合の破壊モード
　　　（１８−３−３）　ランド（パッド）剥離、パッド抉れcratering（積層板抉れ）

　　　（１９）　はんだ付け性と不良モード

　　　（１９−１）　はんだ付け性と濡れ
　　　（１９−１−１）　表面張力と濡れ
　　　（１９−１−２）　濡れ広がり
　　　（１９−１−３）　セルフ・アライメント
　　　（１９−１−４）　ウィッキング

　　　（１９−２）　部品実装上の主な不良
　　　（１９−２−１）　実装工程とはんだ実装欠陥
　　　（１９−２−２）　つらら、ブリッジ
　　　（１９−２−３）　ツーム・ストーン、横転、部品傾斜
　　　（１９−２−４）　はんだボール、葡萄状化（グレーピング）と未溶融
　　　（１９−２−５）　ＢＧＡの欠陥

　　　（１９−３）　電極溶解　　
　　　（１９−３−１）　Ｓｎあるいははんだへの金属の溶解
　　　（１９−３−２）　Ｃｕあるいは電極の溶解
　　　（１９−３−３）　Ｆｅの溶解

　　　（１９−４）　はんだ接合のボイド
　　　（１９−４−１）　種々なボイド
　　　（１９−４−２）　表面実装部品とボイド
　　　（１９−４−３）　挿入実装部品とボイド
　　　（１９−４−４）　表面処理とボイド
　　　（１９−４−５）　ＢＧＡとボイド

　　　〔備考〕

　　　◎　フラックス
　　　◎　はんだとフラックスの毒性およびはんだ付け環境での健康問題
　　　◎　実装と部品
　　　◎　金属の組織

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