鉛フリーSn-低In-Al系はんだ組織と熱疲労特性の評価

概要

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従来より使用されてきたSn-Pb共晶はんだは、鉛の人体への有害性を問題化し、2006年には欧州での使用が禁止される。現在、世界的に鉛フリーはんだの開発が進められ、Sn-3Ag-0.5Cuが日本において有力な代替はんだとして用いられているが、過酷な環境下での熱疲労性や衝撃特性に劣るなどの問題が指摘されている。大型のパワーモジュール接合は、放熱性を第一に材料が選定される為に、熱膨張係数の大きく異なる材料が接合される場合があり、温度サイクルが負荷されると基板が反り、はんだ接合部に多大な熱応力が発生する(1)。当研究室では、これまで温度サイクルに対して信頼性の高いはんだ合金の開発を目指しており、Sn-Ag-Al系合金を有力なはんだ材料として提案している(2)。しかしながら、Sn-Ag-Al系は金属間化合物を形成する系であることから、新たな材料として単相組織を形成するSn-低In系合金に着目した。本研究では、Sn-低In系の実装凝固時の組織観察、及び微量Al添加した時の組織形成の検討を行った。また、基板からのCu溶解の抑制として、はんだ中へのNi添加の効果について検討した(3)。作成したSn-In-Al系合金をパワーモジュール接合に適用し、温度サイクル試験を実施し、クラックの進展距離から熱疲労特性の評価を行った。A Heat-cycle test has been carried out and cycle periods and crack propagations have been studied to evaluate the reliability of Sn-In-Al alloy on a power module solder joint in the case where Cu is used as a base plate. The heat cycle test was carried out at the temperature 233K-398K.and each cycle was 120 min. The clack length was measured by cutting the joint surface along its diagonal and the cross section was observed. Measured crack lengths in each cycle and the crack propagation velocity of Sn-In-Al alloy is greatly lower than that of Sn-3Ag-0.5Cu and fatigue characteristics are satisfactory.
社団法人エレクトロニクス実装学会 (Japan Institute of Electronics Packaging)の論文

鉛フリーSn-低In-Al系はんだ組織と熱疲労特性の評価

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