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信頼性評価試験、環境試験

鉛フリー実装評価

環境への関心が世界的に高まっている中、RoHSなど電子機器の環境対応により電子部品/電子製品の鉛フリー化への取り組みが、半導体業界および電子機器業界で広まりつつあります。鉛フリーはんだ接合部には、従来の鉛入りはんだと同等以上の信頼性が要求されています。一方、高密度実装化に伴い接合部の微細化がますます進み、接合信頼性の確保がさらに難しくなっています。実装基板の鉛フリー評価は、環境試験前後での外観観察、はんだ接合部の機械強度測定、断面観察組成分析など総合的な評価が必要です。OKIエンジニアリングでは鉛フリーはんだ基板実装評価をノウハウ等も含め豊富な技術で、環境試験のみならず、はんだ接合部の機械強度測定から断面観察まで一貫した評価を実施することが可能です。また、部品レベルの評価では、端子のはんだぬれ性評価やICパッケージのリフロー試験も実施できます。

はんだぬれ性評価

はんだのぬれ(Wettinng)とは、 溶けたはんだが金属の上を広がる状態(固体に接触した液体が流れて広がっていくことを「ぬれ」)をいいます。ぬれ性は金属の種類、フラックスの種類、金属表面の汚れや粗さの状態でも変化します。OKIエンジニアリングでは、ぬれ時間、ぬれ力測定を定量的に把握し、はんだはじきや、はんだ食われなどは実態顕微鏡にて観察します。平衡法、小球法、ソルダペースト法にて対応します。

  • ぬれ曲線概略図
    ぬれ曲線概略図
  • ぬれ曲線(良品)
    ぬれ曲線(良品)
  • ぬれ曲線(不良品) ぬれ曲線(不良品)

メニスコグラフ試験法

  • 国際規格・国内規格に対応、はんだのぬれ性測定評価が可能です。
  • ウェッティングバランス法により精度の高いはんだのぬれ性測定を行います。
  • 小球法により、チップ部品のぬれ性測定評価も可能です。
  • 各種部品に対応したチャックをご用意しており、さまざまな形状の部品ぬれ性測定評価が可能です。
  • 接合部断面の光学顕微鏡観察例
    接合部断面の光学顕微鏡観察例
  • ぬれ不足ぬれ不足
  • メニスコグラフによる端子ぬれ性試験メニスコグラフによる端子ぬれ性試験
国際規格・国内規格
  • 平衡法 : JIS C60068-2-54、JIS Z3198-4、EIAJET-7401に準拠したはんだ槽平衡法
  • 小球法 : JIS C60068-2-69、EIAJET-7401に準拠したはんだ小球平衡法
  • ソルダペースト法 : JIS C0099、JEITA ET-7404に準拠した急加熱昇温法

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はんだ接合強度評価

はんだ接合強度評価でのリード端子強度測定においてはJIS評価方法(JIS Z 3198)の規格化に大阪大学様のもと評価方法に協力し、最適な治具・試験方法でばらつきの少ない方法で測定するノウハウを持っています。その他、パッケージシェア強度測定ボール引張り強度測定繰り返し曲げ試験落下試験などデバイスメーカー様からの依頼にも対応できるよう基板作製、実装も行います。

  • JIS Z 3198-6 鉛フリーはんだ試験方法 QFPリードのはんだ継手45度プル試験方法
    JIS Z 3198-6 鉛フリーはんだ試験方法
    QFPリードのはんだ継手45度プル試験
  • JIS Z 3198-7 鉛フリーはんだ試験方法 チップ部品のはんだ継手せん断試験方法
    JIS Z 3198-7 鉛フリーはんだ試験方法
    チップ部品のはんだ継手せん断試験
  • JIS Z 3198-5 鉛フリーはんだ試験方法 チップ部品のせん断強度測定
    JIS Z 3198-5 鉛フリーはんだ試験方法
    チップ部品のせん断強度測定
  • JIS Z 3198-5 : はんだ継ぎ手の引張りおよびせん断試験方法
  • JIS Z 3198-6 : QFPリードのはんだ継ぎ手45度プル断試験方法
  • JIS Z 3198-7 : チップ部品のはんだ継ぎ手せん断試験方法

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実装基板環境評価試験

高温、低温、温度サイクル試験を行い、熱疲労による はんだの劣化を観察します。また、ウィスカ確認試験を 行うため恒温恒湿試験を行い、ウィスカの発生を走査型 電子顕微鏡(SEM)にて観察します。

ウィスカ評価試験

基板関連評価試験

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リフロー試験・耐熱評価

耐熱評価での課題は、鉛フリー製品の接合で必要とな るリフロー温度が高い(最大値は260℃)ことです。これは、ボードに搭載される部品の全てが、鉛フリー・はんだの融点にさらされることでプラスチック製パッケージの場合、その大部分はJEDEC(Joint Electron Device Engineering Council)が規定する耐湿性レベル1および2において、こうした制約を満たすのは困難です。また、SOP(Small Outline Package)、TSSOP(Thin Shrink Small-Outline Package)などの小型パッケージが接合部の損傷、ポップコーン・クラック、反りなどの不具合現象を発生しています。これらの現象を確認するため耐熱評価としてリフローを行い、断面観察超音波探査装置(SAT)で剥離を観察します。デバイスの超音波探査を行う場合は下記のように観察箇所を選定し、部品内部の剥離や亀裂の有無を観察します。また、観察した箇所は画像処理し、解りやすい報告をいたします。

  • リフロー試験機
    リフロー試験機
  • デバイスの観察箇所
    デバイスの観察箇所
  • 超音波探査 観察状態
    超音波探査 観察状態

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低銀鉛フリーはんだ実装評価

鉛フリーはんだの組成は銀3.0%(Sn-3.0Ag-0.5Cu:SAC305)が主流ですが、近年、貴金属である銀価格の高騰から銀の含有量を1.0%、0.3%、0.1%に減量した「低銀鉛フリーはんだ」が開発されています。実装の良否はペースト印刷時の各種パラメータ、実装プロファイル、基板のパターン設計等によって変化するため、はんだ変更時には信頼性試験を実施し、問題がないことを確認することが望まれます。ここでは、従来鉛フリーはんだ(3.0Ag)および低銀鉛フリーはんだ(1.0Ag、0.3Ag)を用いて各種電子部品を実装後、温度サイクル試験を実施し、はんだ接合強度により、はんだ種による接合信頼性の差異を評価した事例を紹介します。

評価事例

  • はんだ種:3.0Ag、1.0Ag、0.3Ag
  • 搭載部品:チップ抵抗(3216)
  • 試験項目:温度サイクル試験 -40℃(30min)⇔+125℃(30min) 1500サイクル
  • 測定項目:せん断強度
  • 試験結果:試験サイクル数にともなって接合強度が低下する傾向が確認されましたが、はんだ種による明確な差異は確認されませんでした。

接合強度測定結果
接合強度測定結果

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OKIエンジニアリングの鉛フリー評価の実績データ

鉛フリーはんだ接合評価は微少領域の強度測定を行っているため、誤った測定方法で行うとばらつきが大きく、鉛フリーと共晶はんだの強度差が判らなくなります。当社では次のことを守り試験を行っています。

  • 強度試験を行う際は、同じ治具を使用する。
  • 試料固定後の微少な調整(移動)は、X-Yステージを使用する。
  • ツール高さなどの設定は、ステンレスゲージを補助具として使用する。
  • 作業マニュアルを作成し、教育を充実させる。

判定基準を適用するには定められた方法で行うことが重要であり、今後もデータ収集し、お客様に提案いたします。

見積り依頼方法

お見積りのご依頼は、下記の見積り依頼書をダウンロードし、品名情報、試験条件詳細をご記入の上、にお送りください。

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 鉛フリー実装評価のお問い合わせ先
WEBからのお問い合わせ:お問い合わせフォームはこちら
電話:03-5920-2354

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