最新実装信頼性規格と加速試験の実施例

最新実装信頼性規格と加速試験の実施例
財団法人日本電子部品信頼性センター
１. はじめに
電気電子製品の実装においては鉛フリーはんだの導入
が定着し次のステップとして環境配慮型実装、コストダ
ウンと低温実装、高信頼性化等が求められ材料が頻繁に
変わることになる。これらを早急に評価して市場に出す
ための最新の試験規格と加速試験の実施例を詳解する。
３.３ 実施例
本実験は各種部品を導電接着剤で実装したサンプルを
手順例に従って試験をし解析したものである。
(1) 温度加速例
1608R を実装したサンプルの高温で導通抵抗を連続し
て測定した結果を解析し、
プロットした例を図 2 に示す。
表 1 JEITA 規格類（実装技術関係）
ET-7409/103A
ET-7409/104A
ET-7409/105A
ET-7409/106A
ET-7409/107
ET-7411
8
1
70
-1
30
135℃
10
-2
5
100
条件 期限
温度 時間
製造環境
部品表面処理
高温高湿 結露 ｻｲｸﾙ
腐食
絶縁性
接合性
高温 湿度 ｻｲｸﾙ
複合ｽﾄﾚｽ
試験方法
光学的特性
変色
85℃ /85％
○　60℃/85%R H
□　70℃/85%R H
△　85℃/85%R H
○　85℃/75%R H
△　85℃/65%R H
電気的特性
導通抵抗 絶縁抵抗
累　積　不　良　率　Ｆ(t)　(％)
70
60℃ /85％
50
6
0
-1
30
-2
10
5
E 
 B 
L  exp  a   exp 
T 
 RH 
1
70℃/85％
5
Ea ：活性化エネルギー
T ：絶対温度
κ ：ボルツマン定数
B ：定数
RH ：相対湿度
y = 1.0485x - 10.995
R2 = 0.9474
3
-4
10000
85℃/65％
85℃/75％
85℃/85％
4
-3
1000
60℃/85％
Ea=0.38ev
B=235
15
15.2
15.4
15.6
15.8
(Ea/kT)+(B/RH)
16
16.2
10
1
故障部位の分類
剪断
故障モード分類
測定方法
0.0026
図 3 ワイブルプロットとアレニウスプロット例
(3) 繰返し曲げ例
QFN を実装したサンプルの室温での繰返し曲げ試験を
行い破断回数結果を解析し比較した例を図 4 に示す。
評価方法
の開発
クリープ 腐食 吸湿
0.0025
7
試験時間（ｈ）
機械的特性
引張り
割れ
y = 21527x - 48.445
0.0024
温度（1/K）
2
99
材料組成
基板 部品
吸湿 塵埃
150℃
0
0.0023
故障ﾒｶﾆｽﾞﾑの明確化
曲げ変位（ｍｍ）
実装方法
135℃
3
-4
10000
1000
変位(mm)
自動 手動
125℃
図 2 ワイブルプロットとアレニウスプロット例
(2) 湿度加速例
QFN を実装したサンプルの高温高湿環境で導通抵抗を
連続して測定した結果を解析し、プロットした例を図 3
に示す。
対象物のバラツキを
抑える
■接合材料
■標準実装条件
保管
Ea=1.85
4
時間（ｈ）
100
熱処理条件
5
1
10
2
マスク厚み
6
-3
2
３. 実装信頼性に関する加速試験
３.１ 実装技術分野における加速試験の考え方
加速試験は図 1 に示す要因を基に実使用状態よりも厳
しい条件で試験を行わなければならない。
材料
 Ea 
L  A ・exp 

 kT 
2
90
実装方法
0
125℃
50
7
ln寿命 （ｈ）
累　積　不　良　率　Ｆ(t)　(％)
90
累積不良率lnln(1/1-F(t))
錫ウィスカ抑制鉛フリー材料選定のガイドライン
CSP・BGAパッケージの実装状態での環境及び耐久性試験方法
表面実装技術－はんだ接合耐久性試験方法－
鉛フリーはんだによる表面実装部品又は挿入実装部品の
はんだ接合部の接合耐久試験方法の選定方法
表面実装部品のはんだ接合耐久性試験方法－第101部：
引きはがし強度試験方法
表面実装部品のはんだ接合耐久性試験方法－第102部：
横押しせん断強度試験方法
表面実装部品のはんだ接合耐久性試験方法－第103部：
トルクせん断強度試験方法
表面実装部品のはんだ接合耐久性試験方法－第104部：
限界曲げ強度試験方法
表面実装部品のはんだ接合耐久性試験方法－第105部：
繰返し曲げ強度試験方法
表面実装部品のはんだ接合耐久性試験方法－第106部：
繰返し落下衝撃強度試験方法
表面実装部品のはんだ接合耐久性試験方法－第107部：
繰返し鋼球落下衝撃強度試験方法
環境試験方法－電気・電子－
極小表面実装部品のはんだ付け性試験方法（平衡法）
150℃
ln寿命 (h)
ET-7305
ET-7407A
○　125℃
□　135℃
△　150℃
99
累積不良率lnln(1/1-F(t))
規格名
ハロゲンフリーはんだ材料の定義
ET-7409/102A
9
2
規格番号
ET-7304A
ET-7409/101A
佐々木 喜七
３.２ 実施手順例
実際の手順、特に以下に示す実験計画については表 1
に示す規格類に大まかに示されている。
(1)実験計画（ストレスの種類、試験法、試験条件 3 条件）
(2)試験（劣化パラメータ抽出のための測定等）
(3)データ検証（劣化の有無、異常値等）
(4)ワイブル解析（信頼度パラメータ算出）
(5)適用加速モデル決定（反応速度モデル等）
(6)加速係数算出（信頼度パラメータ→加速モデル式）
(7)寿命推定（実使用環境/加速環境）
２. 最新の実装信頼性規格
規格は材料の変遷と共に進化する。表 1 は 2010 年 10
月頃電子情報技術産業協会より発行予定の実装信頼性関
連の最新版である。これらの規格は旧版で既に IEC 規格
や JIS になっているものもある。順次国際規格や JIS に
なる予定である。規格内容は研究レベルの高度の内容が
含まれているものもあり本稿では加速試験の部分につい
て技術的解説と実施例について述べる。
ET-7409A
環境試験所
解析方法
信頼性評価方法の確立
■ストレス条件、■計測方法、■故障部位、故障メカニズム
図 1 信頼性評価方法・技術開発に関係する特性要因図
1
y = 1.764x-0.097
y = 1.7043x-0.0976
y = 2.5985x-0.1707
0.1
100
1000
10000
100000
破断回数
1000000
10000000
0.1
100
1000
10000
100000
破断回数
1000000
図 4 変位と破断回数の SN 線図と相関例
10000000