信頼性に悪影響を及ぼすはんだのボイド、どうすれば低減できるのか：鉛フリーはんだ 講演リポート（1）

あたり前のように使われている鉛フリーはんだだが、まだ課題は多い。その鉛フリーはんだをテーマとする「第44回インターネプコン ジャパン」の専門技術セミナーに3人の専門家が登壇。本連載では、その講演内容をリポートする。第1回は、千住金属工業の日渡逸人による「材料、装置面からのボイド低減について」だ。

[長町基，MONOist]

　最新の製造技術・実装技術の展示会「第44回インターネプコン ジャパン」（2015年1月14〜16日、東京ビッグサイト）の開催3日目に当たる1月16日、鉛フリーはんだをテーマとする専門技術セミナーが開催された。本連載では、同セミナーに登壇した3人の鉛フリーはんだの専門家の講演内容をリポートする。

　第1回は、千住金属工業 ハンダテクニカルセンター 副主任研究員 統轄リーダーの日渡逸人氏による、「材料、装置面からのボイド低減について」と題した講演の内容を紹介する。

共通する要望はボイドの低減

千住金属工業の日渡逸人氏

　表面実装に用いるはんだ材料についてみると、ここ5年程度の期間、鉛フリーはんだが浸透し市場は安定していた。しかし、最近になってユーザーからの要求に変化が見られ始めている。

　例えば省エネ面では低温化の要望がある。また低価格化について、低銀化の取り組みが行われている。さらに車載向けについては、高信頼性が求められ、微細化についても対応したはんだが開発されている。

　その中で、共通する要望がボイドの低減に対するものだ。ボイドはある程度大きくなると、信頼性に悪影響を及ぼす。また、ボイド径が大きくなるとバンプの高さが変わり、実装した際のんだ付け不良にもつながる。このため「ボイドへの対策を求める声が大きくなっており、はんだメーカーとしてそれにどう対応するかが課題となっている」と日渡氏は語る。

　はんだがうまくぬれないところが出てくると、そこにボイドが発生し停留する。その対応策としては、材料面から考えるとフラックスの活性力を上げることが1つの方法となる。工法面からのアプローチとしては溶融時の温度が大きなポイントだ。温度が高いほうがぬれやすいので、はんだ付けの温度を上げるとボイドが抜けやすくなる。

　さらに、クリアランスの影響もあり、これには印刷した時の厚みを変えるといった検討がなされている。なお、フラックスの活性力を向上することでもボイドは低減するが、ただ単純に高活性フラックスを使うと、粉末−フラックス間が反応性に富み、経時変化が促進されやすく、実装不良を引き起こすこともある。安易に活性を上げるという改良だけでは危険なようだ。

　メタルマスクの厚みを変えた場合もボイドは低減するが、これについて日渡氏は、「はんだの厚みを大きくすることでクリアランスも大きくなり、はんだの体積も増えてフラックスの量も拡大するためだ」とする。

　これらの他、一般的なフラックス材料構成と違い、残さの残らないはんだペースト（千住金属工業の「NRBシリーズ」など）も有効。相性の良い真空リフロー炉との組み合わせにより、さらなるボイド低減が可能だ。真空リフロー炉より真空度を高めていくと真空引きにより強制的にボイドを排出しボイド率は1％未満になる。

　しかし、これについて日渡氏は「いいことばかりではなく、ボイド排出時にはんだ飛散自体が増加する。それを抑制するために減圧勾配を緩やかにすることで飛散を減らせる。ただ、勾配を緩やかにするとタクトと生産効率に影響してくる。タクトを早くしてなおかつ飛散を減らすには、減圧勾配の最適化を図る必要がある」と指摘した。