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【台湾】 EMS/ODMの低コスト生産、自社開発とリサイクル技術の推進が成長の柱 |
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アウトソーシング利用の決断：やりますか？ それとも やめときますか? |
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ODM（Original design manufacturers）とEMS |
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自社の発展のために最も重要なポイントは何ですか？ |
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価格決定のメカニズム － 生産価格、利益、エンジニアリング費用について |
＜SACはんだとSnPbはんだの信頼性の相違＞
最初に、SnPbはんだに外部から荷重を印加すると、はんだはどのように変形するか考えてみましょう。SnPbはんだ金属組織はSnの結晶とPbの結晶から構成される共晶構造でした。このような金属組織のはんだに荷重を加えると、Snの結晶とPbの結晶の境界、即ち結晶粒界と呼ばれるところですべり（Snの結晶とPbの結晶のずれ）が発生し、比較的容易に変形します。しかも、大変重要なことは、結晶そのものが変形しているわけではないことから、この変形は超塑性変形と呼ばれるくらい、大きく変形し、中々破断までにはいたら内という特徴を持っています。即ち、従来の鉛入りはんだを使用したはんだ接合部は外部荷重に対して非常に軟らかく、粘りあるものになります。これは、種々の部品を接合する必要のある実装技術にとって非常にすぐれた特性です。なぜなら、種々の部品はすべて異なった熱膨張係数を持っており、しかもマイクロプロセッサーで代表される電子部品は発熱することから、常に50～100℃近い温度に晒されることになります。このような状態では、種々の部品を接合している、はんだ接合部には部品の熱膨張差による強制変位が常に加わることになり、はんだは繰り返し変形することになるからです。（これを熱疲労損傷と呼んでいます。）
次に、SACはんだに荷重を印加すると、どのように変形するのでしょうか。SACはんだの金属組織は、Snの結晶の回りを変形しにくい、Ag3SnとCu6Sn5という金属間化合物からなる共晶組織で囲まれているため、SnPbはんだ程、容易に変形しません。即ち、外部荷重に対して容易には変形しない、硬
いはんだ接合部を形成することになります。このようにSACはんだを使用したはんだ接合部は、SnPbはんだと比較し容易には変形しない硬い接合部を形成することから、外部荷重が小さい場合は、接合部の変形も小さく、SnPbはんだよりも良好な信頼性を示します。しかし、外部荷重が接合部の構造によって決定される、ある値以上になると、Snの結晶および共晶組織そのものが変形し始めます。この場合の変形は、SnPbはんだの変形とは異なり、結晶構造そのものの変形となるため、SnPbはんだのように変形能はそれほど大きくはなく、比較的短期間に破断につながります。即ち、SACはんだは金属間化合物から構成される共晶組織で囲まれているため、外部荷重が小さい間は、この共晶組織が変形を阻止し、良好な信頼性を示しますが、外部荷重が大きくなり、共晶組織で変形を阻止することができなくなると、結晶そのものが急速に大きく変形し、急速に破断に至ってしまうのです。
このような傾向は、はんだ接合部の温度が高くなると、この共晶組織の変形阻止能力が低下することから、さらに顕著となってきます。従って、鉛レスはんだの代表であるSACはんだは、一般的に100℃以上の高い周囲温度環境下で、大きな外部荷重を受けると、従来のSnPbはんだと比較し、信頼性は大きく低下してしまいます。これが、日経ビジネスに掲載された鉛レスはんだ時限爆弾説となって大きく報道されることになったのではないかと考えられます。このように鉛レスはんだは鉛レスはんだとその変形メカニズムが大きく異なるということを頭に入れて、はんだ接合部の信頼性設計基準、評価基準などの各基準類の見直しと評価を行う必要があります。
＜適正な信頼性設計の実施＞
接合部を構成する金属材料が異なると、その接合部の挙動が変化するのは当然のことであると思います。むしろ、金属材料的には、SnPbはんだが、粒界すべりという超塑性的な変形能力により、極めて優れた変形吸収能力を持っているという方がむしろ特殊ではないかと考えられます。従って、鉛レスはんだの多くは、ここで述べたSACはんだと同じような挙動を示します。（中には、SnPbはんだと同じような優れた変形能を持っている鉛レスはんだも存在します。）いずれにしても、高いはんだ接合部の信頼性を確保するには、このような材料特性の相違をよく認識した上で適正な信頼性設計手法を確立する必要があるのはいうまでもありません。はんだ材料が従来のSnPbはんだから鉛を含まないSACはんだに変更されているにも係わらず、従来と同じ設計基準（はんだ量、基板のパッドサイズな ど）では、日経ビジネスで指摘されるような鉛レスはんだ時限爆弾説が横行しても仕方がないことだと思います。鉛レスはんだを採用する場合、その材料特性に適合した信頼性設計基準の確立をくれぐれも忘れないようにしてほしいと願っております。そうすれば、日経ビジネスの記事など笑って読めるようになると信じています。
＜参考文献＞
（１）「エレクトロ実装学会誌」Vol15,No7,2002
（２）Aging and Creep Behavior of Sn3.9Ag0.6Cu Solder Alloy
最初に、SnPbはんだに外部から荷重を印加すると、はんだはどのように変形するか考えてみましょう。SnPbはんだ金属組織はSnの結晶とPbの結晶から構成される共晶構造でした。このような金属組織のはんだに荷重を加えると、Snの結晶とPbの結晶の境界、即ち結晶粒界と呼ばれるところですべり（Snの結晶とPbの結晶のずれ）が発生し、比較的容易に変形します。しかも、大変重要なことは、結晶そのものが変形しているわけではないことから、この変形は超塑性変形と呼ばれるくらい、大きく変形し、中々破断までにはいたら内という特徴を持っています。即ち、従来の鉛入りはんだを使用したはんだ接合部は外部荷重に対して非常に軟らかく、粘りあるものになります。これは、種々の部品を接合する必要のある実装技術にとって非常にすぐれた特性です。なぜなら、種々の部品はすべて異なった熱膨張係数を持っており、しかもマイクロプロセッサーで代表される電子部品は発熱することから、常に50～100℃近い温度に晒されることになります。このような状態では、種々の部品を接合している、はんだ接合部には部品の熱膨張差による強制変位が常に加わることになり、はんだは繰り返し変形することになるからです。（これを熱疲労損傷と呼んでいます。）
次に、SACはんだに荷重を印加すると、どのように変形するのでしょうか。SACはんだの金属組織は、Snの結晶の回りを変形しにくい、Ag3SnとCu6Sn5という金属間化合物からなる共晶組織で囲まれているため、SnPbはんだ程、容易に変形しません。即ち、外部荷重に対して容易には変形しない、硬
いはんだ接合部を形成することになります。このようにSACはんだを使用したはんだ接合部は、SnPbはんだと比較し容易には変形しない硬い接合部を形成することから、外部荷重が小さい場合は、接合部の変形も小さく、SnPbはんだよりも良好な信頼性を示します。しかし、外部荷重が接合部の構造によって決定される、ある値以上になると、Snの結晶および共晶組織そのものが変形し始めます。この場合の変形は、SnPbはんだの変形とは異なり、結晶構造そのものの変形となるため、SnPbはんだのように変形能はそれほど大きくはなく、比較的短期間に破断につながります。即ち、SACはんだは金属間化合物から構成される共晶組織で囲まれているため、外部荷重が小さい間は、この共晶組織が変形を阻止し、良好な信頼性を示しますが、外部荷重が大きくなり、共晶組織で変形を阻止することができなくなると、結晶そのものが急速に大きく変形し、急速に破断に至ってしまうのです。
このような傾向は、はんだ接合部の温度が高くなると、この共晶組織の変形阻止能力が低下することから、さらに顕著となってきます。従って、鉛レスはんだの代表であるSACはんだは、一般的に100℃以上の高い周囲温度環境下で、大きな外部荷重を受けると、従来のSnPbはんだと比較し、信頼性は大きく低下してしまいます。これが、日経ビジネスに掲載された鉛レスはんだ時限爆弾説となって大きく報道されることになったのではないかと考えられます。このように鉛レスはんだは鉛レスはんだとその変形メカニズムが大きく異なるということを頭に入れて、はんだ接合部の信頼性設計基準、評価基準などの各基準類の見直しと評価を行う必要があります。
＜適正な信頼性設計の実施＞
接合部を構成する金属材料が異なると、その接合部の挙動が変化するのは当然のことであると思います。むしろ、金属材料的には、SnPbはんだが、粒界すべりという超塑性的な変形能力により、極めて優れた変形吸収能力を持っているという方がむしろ特殊ではないかと考えられます。従って、鉛レスはんだの多くは、ここで述べたSACはんだと同じような挙動を示します。（中には、SnPbはんだと同じような優れた変形能を持っている鉛レスはんだも存在します。）いずれにしても、高いはんだ接合部の信頼性を確保するには、このような材料特性の相違をよく認識した上で適正な信頼性設計手法を確立する必要があるのはいうまでもありません。はんだ材料が従来のSnPbはんだから鉛を含まないSACはんだに変更されているにも係わらず、従来と同じ設計基準（はんだ量、基板のパッドサイズな ど）では、日経ビジネスで指摘されるような鉛レスはんだ時限爆弾説が横行しても仕方がないことだと思います。鉛レスはんだを採用する場合、その材料特性に適合した信頼性設計基準の確立をくれぐれも忘れないようにしてほしいと願っております。そうすれば、日経ビジネスの記事など笑って読めるようになると信じています。
＜参考文献＞
（１）「エレクトロ実装学会誌」Vol15,No7,2002
（２）Aging and Creep Behavior of Sn3.9Ag0.6Cu Solder Alloy
