Chip Scale Package (CSP) は, 金属, セラミックス, プラスチックス等の無機および有機材料が多く使用されており, その構造はきわめて複雑でかつ異種材料接着接合よりなる。CSPの強度信頼性の諸問題は多岐にわたるが, はんだ熱疲労問題が顕著に現れる。はんだ接合部の破壊は, 異種材料問の熱応力による, はんだ塑性およびクリープ変形が原因である。はんだ疲労解析に関する論文は数多く出されているが, ソルダパッドめっき材によるはんだ疲労の影響を応力解析で実施した例はあまり見当たらない。そこで, 本研究では今まで実施されてこなかったソルダパッドめっき材によるはんだ疲労の影響を有限要素法を用いた応力解析で明らかにした。ソルダパッドめっき材の影響をはんだひずみ速度に取り入れ, 粘塑性解析ではんだひずみエネルギ密度を求め, はんだクラック進展寿命を求めた。その後, 3P Weibullを用いて累積不良率の比較を実施した。

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硫酸銅-硫酸のめっき液のカソード分極曲線に基づき, ビア穴埋め機構について検討した。カソード分極曲線は, Tafel, 拡散律速, 水素発生の3つの領域に分類される。Tafel領域 (-80mV) では, ビア中央部が完全に埋まらず中央部に細く深いくぼみを生じた。拡散律速領域 (-300mV) では, Pe数が0.0でビアは埋まらないが, 83.0で完全に埋まった。水素発生領域 (-700mV) では, ビア内部にくぼみを生じ, ビアは埋まらなかった。カソード分極曲線により分類された3つの領域に対し, 添加剤を加えてビア穴埋めを行った。Tafel, 拡散律速領域では, ビアは完全に埋まった。一方, 水素発生領域では, ビアは埋まらなかった。Cl^-+PEGの添加剤を基本とし, JGBとSPSを加えていき, カソードでの分極測定を行った。Cl^-+PEGを加えるとカソード分極が大きくなり, めっきの析出反応の抑制効果が大きくなった。

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環境保護の観点からPbフリーはんだの開発が進められている。Bi含有Pbフリーはんだにおいては, はんだめっき中のPbがBiと反応し低融点物質を形成するため, 熱疲労信頼性を低下させると言われている。そこでBi含有Pbフリーはんだにおけるはんだめっき中のPbの熱疲労信頼性への影響を調査した。その結果, Bi含有はんだ (4.5mass%超) については, 部品がはんだめっきの場合, Sn-Bi-Pbの3元共晶 (融点約100℃) を形成し熱疲労信頼性を低下させるが, Snめっきの場合にはSn-Bi-Pbの3元共晶は形成されず, 熱疲労信頼性の低下も見られず, Sn-Ag-Cuとほぼ同等の熱疲労信頼性を示すことが確認された。

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プラスチックパッケージが, はんだリフロー時に割れを起こす現象は, 以前よりよく知られている。この主な原因は, 吸湿した水分がリフロー時に蒸気となり, その蒸気圧によってダイパッド等の角部から樹脂が割れることによる。鉛ブリーはんだの導入によるリフロー温度の上昇は, 割れの防止をより困難なものにすることが予想され, 効果的な設計手法の確立が望まれる。本論文では異種材接合角部の応力拡大係数を, パッケージ中の樹脂角部の強度評価に利用する。すなわち, パッケージの吸湿解析と応力解析より求められる, 樹脂角部の応力拡大係数を用いて, 割れの発生を評価し, さらに, リフロー割れを起こしにくいパッケージの形状設計について検討する。

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0.5mm pitch FBGA has been developed. Solder joint of FBGA package became very minute. It is important to secure solder joint reliability. We investigated effects of plating of interposer (electrical plating, electroless plating) and solder alloy elements (63Pb/37Sn, 63Sn/Pb/2Ag, Sn/3.5Ag/0.75Cu) for FBGA solder joints. The failure part of solder joint was investigated in detail by EPMA. Electroless plating of Ni/Pd/Au was so good reliability as electrical plating of Ni/Au in drop, bend and thermal cycle tests. The failure position of solder joint in thermal cycle tests is different from the position in drop and bend test. The strength of Pb free solder (Sn/3.5Ag/0.75Cu) is higher than eutectic solder (63Pb/37Sn) in drop, bend and thermal cycle tests.

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Recently 0.5mm pitch FBGA was developed. The FBGA package currently in production is active in memory products with 100 or fewer pins, as well as logic products in the 100-to 300-pin class. It is necessary to use the suitable surface mount technology for fine-pitch CSP. The surface mount technology for fine-pitch BGA is reported here, and the recommended surface mount condition for fine-pitch CSP is proposed.

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With the high requirement of high-density packaging, CSP have been spread widely. To inspect the solder joint in CSP, an X-ray image has been used. However, an X-ray image contains not only solder joint but also capper leads. Therefore, it is very difficult to analyze the solder with robustness. In this paper, we propose a new method for extracting the solder constituent by means of Energy Subtraction. In the experience, we compared the performance of thick measurement between regular X-ray Image and Subtraction image. The result shows the advantageous performance of Subtraction method over regular one.

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