JP2004119434A

JP2004119434A - はんだ接合部の疲労評価方法

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Publication number: JP2004119434A
Application number: JP2002277077A
Authority: JP
Inventors: Takao Mori; 森　孝男; Toshihiko Sayama; 佐山　利彦; Yoshiaki Nagai; 長井　喜昭; Takeshi Takayanagi; 高柳　毅
Original assignee: Toyama Prefecture; Cosel Co Ltd
Current assignee: Toyama Prefecture; Cosel Co Ltd
Priority date: 2002-09-24
Filing date: 2002-09-24
Publication date: 2004-04-15
Anticipated expiration: 2022-09-24
Also published as: JP4168090B2

Abstract

【課題】熱サイクルによるはんだ接合部の組織変化を評価パラメータとして利用して、高精度での信頼性評価を可能としたはんだ接合部の疲労評価方法を提供する。
【解決手段】Ｓｎを主成分とするはんだの接合部の疲労評価方法において、はんだ接合部の切断面を電子顕微鏡により拡大して、Ｓｎ相２０やＡｇ_３Ｓｎ相２２の相寸法ｄを測定し、この測定値ｄを４乗して相成長評価パラメータＳとする。はんだ接合部のはんだに疲労亀裂が生じる相成長評価パラメータＳ_ｉと熱疲労亀裂発生寿命Ｎ_ｉから、この両者の関係式の係数を決定する。この評価パラメータＳの増加の変化率ΔＳから、はんだ接合部のはんだに疲労亀裂が生じるまでの熱サイクルによる疲労寿命Ｎ_ｉを推定する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、回路基板上に実装される電子部品等のはんだ接合部の熱サイクルによる疲労等に対する信頼性や寿命を評価するためのはんだ接合部の疲労評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開２００２−２３１７７３
【特許文献２】特開２０００−２１４１６０
近年回路基板への電子素子の実装は表面実装が主流となり、電子回路基板の信頼性は、回路基板表面の電子素子のはんだ接合部の熱疲労寿命に依存している。この熱疲労は、回路基板に表面実装された電子素子のはんだ接合部において、回路基板と電子素子の熱膨張の差により、経時的に繰り返される温度変動に伴って繰り返し加えられるせん断力に起因する。このときのはんだの変形形態はクリープ変形であり、はんだはクリープ変形による繰り返しの応力緩和の状態となる。この熱サイクルにより、はんだ接合部には疲労亀裂が発生し、最終的にはんだ接合部の破断や回路基板からの素子の脱落等により電子回路が断線し、電子機器の故障に至るものである。
【０００３】
従って、この断線に至る疲労亀裂等の疲労損傷に対するはんだ接合部の強度評価が問題となっていた。従来、疲労強度の評価方法としては、特許文献１等に開示されているように、試験時間を短縮するため加速熱サイクル試験を行い、電子素子のはんだ接合部の亀裂等の欠陥の発生の有無を調べ、過去の経験を基に使用条件によりはんだ接合部の寿命を推定して評価するのが一般的であった。
【０００４】
また特許文献２に開示されているように、劣化検出用のサンプル基板を備え、はんだ接合部の熱疲労等による劣化の状態をサンプル基板を検査することにより検出可能としたものも提案されている。このときの検査方法は、サンプル基板のサンプル片のはんだ接合部の組織の粗大化や表面形状、または抵抗値を測定して行うものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術の加速熱サイクル試験による方法では、１０００サイクル程度の加速熱サイクル試験を行い、欠陥発生の有無を検査し、過去の使用実績と比較して、その信頼性を推定していた。従って、過去に使用実績のないはんだ、例えば非鉛はんだ等を用いる場合には、推定が困難になるという問題点がある。また、過去の使用実績から経験的に信頼性を評価するため、より安全な側の評価となり、はんだ接合部についてオーバースペックになりやすい問題点がある。また、上記特許文献２に開示されている方法によっても、経験的に変化を予測するものであり、定量的に正確な判断ができるものではない。
【０００６】
この欠点を克服するため、有限要素法解析により、回路基板の使用条件での解析を行い、はんだ接合部のひずみを求め、Ｃｏｆｆｉｎ−Ｍａｎｓｏｎ則により評価する方法がある。この方法は、加速熱サイクル試験により、Ｃｏｆｆｉｎ−Ｍａｎｓｏｎ則に基づいた疲労亀裂寿命に関するマスターカーブを求めておき、有限要素法解析によって得られる回路基板はんだ接合部の非線形ひずみとマスターカーブから回路基板の信頼性を評価するものである。これにより、加速熱サイクル試験から経験的に寿命予測する場合よりは正確な評価が可能となったが、有限要素法解析を行える環境が整っていないと評価できないという問題点がある。さらに、はんだ接合部におけるひずみ分布の不均一の影響や、はんだ以外の部材の影響を考慮に入れていないので、長寿命側に過大評価されやすく、依然として疲労寿命の推定精度は低いものであった。
【０００７】
また、近年の資源のリサイクル化の要請等により電子回路基板をリユースしようとする場合、その回路基板の過去の履歴を知る必要がある。しかしながら、簡単に過去の履歴を知ることはできず、回路基板の予測寿命を簡単に求めることができる有効な方法は提案されていない。
【０００８】
この発明は、上記従来の技術の問題点について成されたもので、熱サイクルによるはんだ接合部の組織変化を評価パラメータとして利用して、高精度の寿命予測や信頼性評価を可能としたはんだ接合部の疲労評価方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、Ｓｎを主成分とする非鉛はんだの接合部の疲労評価方法であって、このはんだ接合部の断面のＳｎ相の相境界で区切られた相寸法を、複数個について測定し、この相寸法の略平均値から得られる値を評価パラメータとして、この評価パラメータの変化の割合を基にして、上記はんだ接合部の疲労を評価するはんだ接合部の疲労評価方法である。
【００１０】
さらに、上記はんだ接合部の切断面を電子顕微鏡により拡大して、その拡大画像を任意の直線で切り、この直線が横切る上記Ｓｎ相部分の長さを相寸法として複数箇所で測定し、この測定値の相寸法の略平均値を４乗して相成長の評価パラメータとし、上記はんだ接合部のはんだに疲労亀裂が生じる相成長評価パラメータと熱疲労亀裂発生寿命から、この両者の関係式の係数を決定し、この評価パラメータの増加の変化率から上記はんだ接合部のはんだに疲労亀裂が生じるまでの寿命を予測するはんだ接合部の疲労評価方法である。
【００１１】
またこの発明は、Ｓｎを主成分としＡｇを１〜７重量％（以下単に％と称す）含むＳｎ−Ａｇ系はんだの接合部の疲労評価方法であって、Ｓｎ相中に各々独立して散在するＡｇ_３Ｓｎ相の相寸法を複数個について測定し、この相寸法の略平均値から得られる値を評価パラメータとして、この評価パラメータの変化の割合を基にして、上記はんだ接合部の疲労を評価するはんだ接合部の疲労評価方法である。
【００１２】
さらに、上記はんだ接合部の切断面を拡大して上記Ａｇ_３Ｓｎ相の相寸法を測定し、この測定値の相寸法の略平均値を４乗して相成長の評価パラメータとし、上記はんだ接合部のはんだに疲労亀裂が生じる相成長評価パラメータと熱疲労亀裂発生寿命から、この両者の関係式の係数を決定し、この評価パラメータの増加の変化率から上記はんだ接合部のはんだに疲労亀裂が生じるまでの寿命を予測するはんだ接合部の疲労評価方法である。
【００１３】
上記Ｓｎを主成分とするはんだは、共晶はんだを含むものである。上記はんだ接合部は、例えば回路基板に実装された電子素子のはんだ接合部である。そして、上記回路基板は、上記はんだ接合部のＳｎ相またはＡｇ_３Ｓｎ相の相寸法を測定する測定用はんだ付け部を備え、この回路基板のはんだ接合部のはんだの疲労亀裂が生じる寿命を予測する際に、上記測定用はんだ付け部のＳｎ相またはＡｇ_３Ｓｎ相の相寸法を測定することにより上記はんだの疲労亀裂までの寿命予測を行うものである。
【００１４】
ここで、上記相寸法の増大とは、はんだの金属結晶が熱力学的な平衡状態になろうとするために、金属原子の拡散によりはんだの金属結晶を構成する各固相の寸法が増加する現象である固相成長を意味する。この発明では単に相成長という。また、熱疲労亀裂発生寿命は、熱サイクルの回数で表されるが、時間に置き換える場合は、そのはんだ接合部の使用環境により１熱サイクルの周期をかければよい。
【００１５】
【実施例】
以下、この発明の実施例について図面に基づいて説明する。この発明のはんだ接合部の疲労評価方法は、Ｓｎを主成分とするＳｎ−Ａｇ共晶はんだ等の非鉛はんだについてのもので、この実施例では、一例として電気・電子機器に搭載される回路基板に表面実装される電子素子のはんだ接合部の疲労評価方法について説明する。
【００１６】
まず、疲労亀裂の発生とはんだ接合部の組織変化の対応を明らかにするため、図１に示すような試料を設けた。この試料は、ガラス繊維強化エポキシ基板等の回路基板１０の表面に銅箔による回路パターン形成され、この回路パターンのパッド部１２に表面実装型の抵抗チップ１４がはんだ付けされたもので、異なる寸法で複数個作成した。抵抗チップ１４の電極１６は、回路基板１０のパッド部１２にはんだ付けされている。はんだ１８は、Ｓｎを主成分とするＳｎ−Ａｇ系非鉛はんだであり、Ｓｎに３．５重量％のＡｇが混じったＳｎ−３．５Ａｇはんだである。
【００１７】
この試料を図１に示す断面図のように切断し、ａ，ｂ，ｃの各部分について走査型電子顕微鏡で組織観察を行った。はんだ付け当初の組織は、例えば図２に示す電子顕微鏡写真のスケッチのように、Ｓｎ相２０に中に独立した島状にＡｇ_３Ｓｎ相２２が散在し、その相寸法ｄ_０を複数箇所について測定し平均値を求めた。なお、図２，図３においては、Ｓｎ相の相境界は省略してある。
【００１８】
図２において、相寸法ｄ_０は、Ａｇ_３Ｓｎ相の電子顕微鏡写真から各々の面積を測定し、円に換算したときの直径を相寸法ｄ_０とした。
【００１９】
次に、同様にして作成したはんだ付け試料複数点について、熱サイクル負荷を加えた。この熱サイクルは、図４に示すように、−４０℃〜１２５℃の間を３０分ごとに繰り返すもので、１サイクル約１時間である。この熱サイクルを２００サイクル課した試料のはんだ付け部の電子顕微鏡写真のスケッチを図３に示す。ここでも、Ｓｎ相２０中のＡｇ_３Ｓｎ相２２の相寸法ｄを、電子顕微鏡写真の画像中で複数箇所について求めた。相寸法ｄは、上記と同様にＡｇ_３Ｓｎ相２２の面積を出しこれを円に換算してその直径を求めて、それらの直径の平均値を相寸法ｄとした。このようにして、複数の試料において、複数の熱サイクル回数について、はんだ接合部のａ，ｂ，ｃの各箇所の相寸法ｄを求めた。図２，図３からわかるように、Ｓｎ相２０中の各Ａｇ_３Ｓｎ相２２は、熱サイクルを受けることにより相成長し、全体的に相寸法ｄが増大する。
【００２０】
この実験により得られた、各熱サイクルの回数Ｎと相寸法の４乗であるｄ^４との関係を、図５に示す。図５に示すように、はんだ付け箇所ａ，ｂ、ｃともに、相寸法ｄの４乗と熱サイクル数Ｎとの間にほぼリニアな相関関係があることがわかった。
【００２１】
このようにして、本願発明者らは、この相寸法ｄの４乗が、はんだ付け接合部の熱サイクルの回数Ｎに相関すると言うことを見いだした。そこで、Ｓｎを主成分とするＳｎ−Ａｇ系非鉛はんだについて、熱疲労亀裂発生寿命を予測するための評価パラメータとして、相成長評価パラメータＳをＳ＝ｄ^４と定義し、疲労亀裂が発生するまでの熱サイクル数である熱疲労亀裂発生寿命Ｎ_ｉと相成長評価パラメータＳとの関係を求めた。ここで言う疲労亀裂とは、抵抗チップ１４の電極１６のａのはんだ付け箇所に１０μｍ以上の長さの亀裂が発生した場合を疲労亀裂とした。
【００２２】
先ず、図５に示されるように、熱サイクル負荷１回当りのその相成長評価パラメータＳの増加量は、ほぼ一定である。また、本願発明者らの研究により、熱疲労亀裂発生寿命Ｎ_ｉとその時の相成長評価パラメータＳ_ｉとの間には、
Ｓ_ｉ＝ＡＮ_ｉ ^α　　　　・・・（式１）
Ａ，αは、はんだの種類により特定される定数
の関係があることを見いだした。さらに、熱サイクル１回当りの相成長評価パラメータの増加量ΔＳは近似的に一定である。従って、相成長評価パラメータの増加量ΔＳと熱疲労亀裂発生寿命Ｎ_ｉの間には上記式より、
ΔＳ＝ＢＮ_ｉ ^−β　　　　・・・（式２）
Ｂ，βは、はんだの種類により特定される定数
の関係がある。
よって、相成長評価パラメータの増加量ΔＳを求めることにより、熱疲労亀裂発生寿命Ｎ_ｉを求めることができる。
【００２３】
ΔＳの測定は、先ず、はんだ接合部の顕微鏡写真によりＡｇ_３Ｓｎ相の相寸法であるｄを求める。相寸法ｄは、Ａｇ_３Ｓｎ相の顕微鏡写真からその画像の中の各Ａｇ_３Ｓｎ相の面積を測定し、各々円に換算したときの直径を求めその平均値をｄとする。このｄを４乗して得られる値を相成長評価パラメータＳとする。
【００２４】
ΔＳの算出は、熱サイクル１回当りの相成長評価パラメータの増加量ΔＳは近似的に一定であるので、
ΔＳ＝（Ｓ_１−Ｓ_０）／Ｎ_１＝（Ｓ_２−Ｓ_１）／（Ｎ_２−Ｎ_１）　　・・・（式３）
で求められる。ここで、Ｓ_０ははんだ付け時の相成長評価パラメータ、Ｎ_１，Ｓ_１、Ｎ_２，Ｓ_２は任意の異なる熱サイクル数とその熱サイクル数での相成長評価パラメータの値。
【００２５】
定数である係数Ａ，Ｂ，α，βは、予め実験的に求められたものである。その算出は、同一成分のはんだについて、同一種類の複数のサンプルにより、熱疲労亀裂発生寿命Ｎ_ｉでの相寸法ｄを各々複数個測定し、その平均相寸法から、熱疲労亀裂発生寿命Ｎ_ｉでの相成長評価パラメータの値Ｓ_ｉを求める。また、熱サイクルを異なるパターンにして複数の実験を行い、これらの複数のサンプルにより、疲労亀裂が発生する熱疲労亀裂発生寿命Ｎ_ｉと相成長評価パラメータＳ_ｉを求め、最小二乗法により各係数Ａ，Ｂ，α，βを定める。各係数は、はんだの成分が同一であれば同じである。
【００２６】
以下に、熱疲労亀裂発生寿命Ｎ_ｉの実験値とこの発明の評価方法により求めた推定値の各実施例を示す。
【００２７】
実施例１
この実施例は、図６に示すように、ガラス繊維強化エポキシ基板等の回路基板１０の表面に銅箔による回路パターン形成され、この回路パターンのパッド部に表面実装型の抵抗チップ１４がはんだ付けされたもので、表１に示す様に、各々異なる寸法で各々十数個〜数十個の抵抗チップ１４をはんだ付けした試料を作成した。ここで用いたはんだ１８は、Ｓｎを主成分とするＳｎ−Ａｇ共晶はんだの非鉛はんだであり、Ｓｎに３．５重量％のＡｇが混じったＳｎ−３．５Ａｇはんだである。
【００２８】
この回路基板１０に対して図４に示す熱サイクル試験を行い、Ａｇ_３Ｓｎ相の平均相寸法ｄを各々求めて相成長評価パラメータＳを算出し、表２に示すように、式（３）よりこの発明の評価方法に使用する熱サイクル１回当りの相成長評価パラメータの増加量ΔＳを求め、式（２）より熱疲労亀裂発生寿命Ｎ_ｉを得た。
【００２９】
【表１】

【００３０】
【表２】

この結果をグラフにプロットしたものを図７の黒丸で示す。さらに、この試料について、上述のようにして得た式（１）、（２）に示す係数を表３に示す。
【００３１】
【表３】

この発明の評価方法を用いて、表１に示す寸法と異なる抵抗チップを実装した回路基板の熱疲労亀裂発生寿命Ｎ_ｉの推定値と、熱サイクル試験によって得られた亀裂発生寿命Ｎ_ｉの実験値を表４と図７に白丸で示す。図７の直線は表３の係数による式（２）の線である。
【００３２】
【表４】

表４及び図７に示すように、この発明の実施例１によるはんだ付け部の疲労評価方法により、高精度で熱疲労亀裂発生寿命の予測をすることができることがわかった。
【００３３】
実施例２
この実施例では、他の成分のはんだにおける熱疲労亀裂発生寿命Ｎ_ｉの実験値と、この発明の評価方法によりＡｇ_３Ｓｎ相の平均相寸法ｄから求めた熱疲労亀裂発生寿命Ｎ_ｉの推定値の実施例を示す。この実施例は、図６に示すものと同様の回路基板に抵抗チップをはんだ付けしたもので、Ｓｎに３．０重量％のＡｇと０．５重量％のＣｕを含有したＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだを用いた回路基板を製作したものである。この回路基板について、表１の抵抗チップＡ，Ｂ，Ｃに対して図４に示す熱サイクル試験を行い、上記実施例と同様に、式（２）、（３）により表５に示すように、熱サイクル１回当りの相成長評価パラメータの増加量ΔＳと熱疲労亀裂発生寿命Ｎ_ｉを得た。
【００３４】
【表５】

この結果をグラフにプロットしたものを図８の黒丸で示す。さらに、この試料について、上述のようにして得た式（１）、（２）に示す係数を表６に示す。
【００３５】
【表６】

この発明の評価方法を用いて、表１に示す寸法と異なる抵抗チップを実装した回路基板の熱疲労亀裂発生寿命の推定値と熱サイクル試験によって得られた亀裂発生寿命の実験値を表７に示すとともに、図８に白丸で示す。図８の直線は表６の係数による式（２）の線である。
【００３６】
【表７】

表７及び図８に示すように、この実施例によるはんだ付け部の疲労評価方法においても、高精度で熱疲労亀裂発生寿命の予測をすることができることがわかった。
【００３７】
実施例３
この実施例では、Ｓｎ−３．５Ａｇはんだにおける熱疲労亀裂発生寿命Ｎ_ｉの実験値と、この発明の評価方法によりＳｎ相の平均相寸法ｄから求めた熱疲労亀裂発生寿命Ｎ_ｉの推定値の実施例を示す。この実施例は、図６に示すものと同様の回路基板に抵抗チップをはんだ付けしたもので、図９に示すように、はんだ接合部の切断面をエッチングし、電子顕微鏡により拡大して、その拡大画像を任意の直線で切り、この直線が横切るＳｎ相部分の長さを相寸法として複数箇所で測定し、この測定値の相寸法の略平均値を相寸法ｄとして４乗し、相成長の評価パラメータＳとした。図９は、熱サイクル試験開始時のはんだ接合部の断面の電子顕微鏡写真のスケッチである。また、図１０は、熱サイクル３００回負荷後のはんだ接合部の断面の電子顕微鏡写真である。図示するように、Ｓｎ相も熱サイクルにより相成長し、その相寸法ｄを４乗して相成長評価パラメータＳとすることができる。
【００３８】
そして、上記実施例と同様に、はんだ接合部のはんだに疲労亀裂が生じる熱疲労亀裂発生寿命Ｎ_ｉとＳｎ相の相成長評価パラメータＳ_ｉについて、複数の試料にを測定し、この両者の関係式の係数を決定し、この評価パラメータＳの増加の変化率ΔＳを基にして、はんだ接合部のはんだに疲労亀裂が生じるまでの寿命を予測した。
【００３９】
実施例１の表１の抵抗チップＡ，Ｂ，ＣについてＳｎ相の相寸法ｄを基に、上記実施例と同様に、式（２）、（３）により表８に示すように、熱サイクル１回当りの相成長評価パラメータの増加量ΔＳと熱疲労亀裂発生寿命Ｎ_ｉを得た。
【００４０】
【表８】

この結果をグラフにプロットしたものを図１１の黒丸で示す。さらに、この試料について、上述のようにして得た式（１）、（２）に示す係数を表９に示す。
【００４１】
【表９】

この発明の評価方法を用いて、表１に示す寸法と異なる抵抗チップを実装した回路基板の熱疲労亀裂発生寿命の推定値と熱サイクル試験によって得られた亀裂発生寿命の実験値を表１０に示すとともに、図１１に白丸で示す。図１１の直線は表９の係数による式（２）の線である。
【００４２】
【表１０】

表１０及び図１１に示すように、この実施例によるＳｎ相をパラメータとしたはんだ付け部の疲労評価方法においても、高精度で熱疲労亀裂発生寿命の予測をすることができることがわかった。
【００４３】
実施例４
この実施例ではＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだにおける熱疲労亀裂発生寿命Ｎ_ｉの実験値と、この発明の評価方法によりＳｎ相の平均相寸法ｄから求めた熱疲労亀裂発生寿命Ｎ_ｉの推定値の実施例を示す。この実施例は、図６に示すものと同様の回路基板に抵抗チップをはんだ付けしたもので、実施例３と同様に、はんだ接合部の切断面をエッチングし、電子顕微鏡により拡大して、その拡大画像を任意の直線で切り、この直線が横切るＳｎ相部分の長さを相寸法として複数箇所で測定し、この測定値の相寸法の略平均値を相寸法ｄとして４乗し、相成長の評価パラメータＳとした。
【００４４】
そして、上記実施例と同様に、はんだ接合部のはんだに疲労亀裂が生じる熱疲労亀裂発生寿命Ｎ_ｉとＳｎ相の相成長評価パラメータＳ_ｉについて、複数の試料にを測定し、この両者の関係式の係数を決定し、この評価パラメータＳの増加の変化率ΔＳを基にして、はんだ接合部のはんだに疲労亀裂が生じるまでの寿命を予測した。
【００４５】
実施例１の表１の抵抗チップＡ，Ｂ，ＣについてＳｎ相の相寸法ｄを基に、上記実施例と同様に、式（２）、（３）により表１１に示すように、熱サイクル１回当りの相成長評価パラメータの増加量ΔＳと熱疲労亀裂発生寿命Ｎ_ｉを得た。
【００４６】
【表１１】

この結果をグラフにプロットしたものを図１２の黒丸で示す。さらに、この試料について、上述のようにして得た式（１）、（２）に示す係数を表１２に示す。
【００４７】
【表１２】

この発明の評価方法を用いて、表１に示す寸法と異なる抵抗チップを実装した回路基板の熱疲労亀裂発生寿命の推定値と熱サイクル試験によって得られたき裂発生寿命の実験値を表１３に示すとともに、図１２に白丸で示す。図１２の直線は表１２の係数による式（２）の線である。
【００４８】
【表１３】

表１３及び図１２に示すように、この実施例によるＳｎ相をパラメータとしたはんだ付け部の疲労評価方法においても、高精度で熱疲労亀裂発生寿命の予測をすることができることがわかった。
【００４９】
なお、この発明のはんだ接合部の疲労評価方法を適用する場合に、回路基板の電子素子のはんだ接合部において、この回路基板にはんだ接合部のＡｇ_３Ｓｎ相やＳｎ相の相寸法を測定するための測定用素子を付けた測定用はんだ付け部を設けたものでも良い。そして、この回路基板のはんだ接合部のはんだの疲労亀裂が生じる寿命を予測する際に、上記測定用はんだ付け部のＡｇ_３Ｓｎ相やＳｎ相の相寸法を測定することにより上記はんだの疲労亀裂までの寿命予測を行う。これにより、回路基板の寿命予測等をより正確に行うことができ、回路基板のリユース等に際して正確な信頼性評価が可能となる。
【００５０】
なお、この発明のはんだ接合部の疲労評価方法は、上記実施例に限定されるものではなく、Ｓｎ−Ａｇ系非鉛はんだとしては、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ−Ｉｎ等のはんだがあり、Ｓｎに添加される成分は適宜選択可能である。例えば、Ｓｎ−Ａｇ系非鉛はんだ以外に、Ｓｎ−Ｚｎ系非鉛はんだにも上記と同様の評価方法を利用可能なものである。また、はんだは共晶はんだ以外の合金はんだにも利用可能なものである。
【００５１】
さらに、この発明の評価方法の適用分野は、電子素子の回路基板以外にもはんだを用いて接合した箇所の熱疲労による亀裂を予測するものであればよい。
【００５２】
【発明の効果】
この発明のはんだ接合部の疲労評価方法によれば、使用実績の少ない非鉛はんだにおいても、簡単な設備で高精度に熱疲労亀裂発生寿命を推定することができ、非鉛はんだの利用を促進し、電子機器等のはんだ付け部を高い信頼性で評価することができる。特に、回路基板に測定用はんだ付け部を設けることにより、回路基板の寿命を正確に予測することができ、リユースやリサイクルに際しても高い信頼性の下にその回路基板や電子機器の評価が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例の電子部品のはんだ付け部を示す縦断面図である。
【図２】この発明の一実施例の電子部品のはんだ付け部の電子顕微鏡写真のスケッチである。
【図３】この発明の一実施例の電子部品のはんだ付け部の熱疲労試験後の電子顕微鏡写真のスケッチである。
【図４】この発明の一実施例の電子部品のはんだ付け部の熱疲労試験を示すグラフである。
【図５】この発明の一実施例の電子部品のはんだ付け部の熱サイクル数とＡｇ_３Ｓｎの相寸法との相関を示すグラフである。
【図６】この発明の一実施例の電子部品のはんだ付け部を示す正面図である。
【図７】この発明の一実施例の電子部品のはんだ付け部の熱疲労亀裂が生じる熱サイクル数Ｎ_ｉと、１サイクル当たりの評価パラメータＳの増加量ΔＳとの関係を示すグラフである。
【図８】この発明の他の実施例の電子部品のはんだ付け部の熱疲労亀裂が生じる熱サイクル数Ｎ_ｉと、１サイクル当たりの評価パラメータＳの増加量ΔＳとの関係を示すグラフである。
【図９】この発明の他の実施例の電子部品のはんだ付け部の電子顕微鏡写真のスケッチである。
【図１０】この発明の他の実施例の電子部品のはんだ付け部の熱疲労試験後の電子顕微鏡写真のスケッチである。
【図１１】この発明の他の実施例の電子部品のはんだ付け部の熱疲労亀裂が生じる熱サイクル数Ｎ_ｉと、１サイクル当たりの評価パラメータＳの増加量ΔＳとの関係を示すグラフである。
【図１２】この発明のさらに他の実施例の電子部品のはんだ付け部の熱疲労亀裂が生じる熱サイクル数Ｎ_ｉと、１サイクル当たりの評価パラメータＳの増加量ΔＳとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０　　回路基板
１２　　パッド部
１４　　抵抗チップ
１６　　電極
１８　　はんだ
２０　　Ｓｎ相
２２　　Ａｇ_３Ｓｎ相

Claims

Ｓｎを主成分とする非鉛はんだの接合部の疲労評価方法において、このはんだ接合部の断面のＳｎ相の相境界で区切られた相寸法を、複数個について測定し、この相寸法の略平均値から得られる値を評価パラメータとして、この評価パラメータの変化の割合を基にして、上記はんだ接合部の疲労を評価することを特徴とするはんだ接合部の疲労評価方法。
上記はんだ接合部の切断面を拡大して、その拡大画像を任意の直線で切り、この直線が横切る上記Ｓｎ相部分の長さを相寸法として複数箇所で測定し、この測定値の相寸法の略平均値から相成長の評価パラメータを求め、上記はんだ接合部のはんだに疲労亀裂が生じる相成長評価パラメータと熱疲労亀裂発生寿命から、この両者の関係式の係数を決定し、この評価パラメータの増加の変化率から上記はんだ接合部のはんだに疲労亀裂が生じるまでの寿命を予測することを特徴とする請求項１記載のはんだ接合部の疲労評価方法。
Ｓｎを主成分とするＳｎ−Ａｇ系はんだの接合部の疲労評価方法において、Ｓｎ相中に各々独立して散在するＡｇ_３Ｓｎ相の相寸法を複数個について測定し、この相寸法の略平均値から得られる値を評価パラメータとして、この評価パラメータの変化の割合を基にして、上記はんだ接合部の疲労を評価することを特徴とするはんだ接合部の疲労評価方法。
上記はんだ接合部の切断面を拡大して上記Ａｇ_３Ｓｎ相の相寸法を測定し、この測定値の相寸法の略平均値から相成長の評価パラメータを求め、上記はんだ接合部のはんだに疲労亀裂が生じる相成長評価パラメータと熱疲労亀裂発生寿命から、この両者の関係式の係数を決定し、この評価パラメータの増加の変化率から上記はんだ接合部のはんだに疲労亀裂が生じるまでの寿命を予測することを特徴とする請求項３記載のはんだ接合部の疲労評価方法。
上記Ｓｎを主成分とするはんだは、共晶はんだであることを特徴とする請求項１，２，３または４記載のはんだ接合部の疲労評価方法。
上記はんだ接合部は、回路基板に実装された電子素子のはんだ接合部であることを特徴とする請求項１，２，３，４または５記載のはんだ接合部の疲労評価方法。
上記回路基板は、上記はんだ接合部のＳｎ相またはＡｇ_３Ｓｎ相の相寸法を測定する測定用はんだ付け部を備え、この回路基板のはんだ接合部のはんだの疲労亀裂が生じる寿命を予測する際に、上記測定用はんだ付け部のＳｎ相またはＡｇ_３Ｓｎ相の相寸法を測定することにより上記はんだの疲労亀裂までの寿命予測を行うことを特徴とする請求項６記載のはんだ接合部の疲労評価方法。