半田界面のクラック

質問

CSPをマザーボードに半田付けし、温度サイクル試験（-40℃／130℃）を実施しました。
この結果、銅パットと半田の界面にクラックが発見され、尚且つ、半田ボールにエアーが発生していました。

今回の原因は、半田ボール内のエアーが膨張し、引き剥がされたと考えるべきでしょうか。
　半田ボール内のエアーは外部温度の変化で伸縮をするものでしょうか。

ご存知の方がおられましたら教示いただきたくお願い申し上げます。

回答No.2

noname#230359

yukaaiさんのおっしゃる通り温度サイクルによるヒートショックが原因だと思います。
何処まで正しい数字か分かりませんが、熱膨張係数として、銅：1.6×10^-5/℃、共晶はんだ：2.5×10^-5/℃、錫：2.0×10^-5/℃、FR-4：1.0×10^-5/℃程度だと聞いたことがあります。
CSP本体の熱膨張係数は分かりませんが、上記の値からすると、CSP本体と配線基板の熱膨張の違いにより銅パッドとはんだの接合面に歪みが生じたものとも考えられます。
また、エアーとの表現から比較的大きなものと推測できますので、その発生はリフロー時と思われますが、銅とはんだの接合界面での相互拡散によってもボイドやクラックが発生し、その部分を基点に大きなクラックとなることがあるようです。

お礼

ありがとう御座いました。

回答No.1

noname#230359

試験条件が若干厳しいと思いますが、銅パットと半田
界面のクラックであれば、銅と半田の熱膨張率の違い
によるクラックと思われます。
（どれだけのサイクルで発生したのかは分かりませんが・・・）
ただし、半田ボール内にエアーがあるとのことです
ので、温度サイクル中にエアー部からの亀裂も発生
していると考えられますが、それが銅パットとの界面
でのクラックまでつながっているかは疑問です。
クラック対象箇所の断面カット→SEM観察により
不具合症状が分かり原因解明になると思います。

お礼

ありがとう御座いました。