実装後の解析作業 (2) リフトオフ

実装後の解析作業(2) リフトオフ

鉛フリー実装を手がけるとき、まずお客様が気にかける不具合のひとつがリフトオフではないでしょうか?鉛フリーはんだの開発初期に多発した不具合ということもあり、広く知られるようになりました。「フィレットリフティング」と呼ばれることもあるようです。

リフトオフには、

  1. 基材(樹脂)と銅箔が剥がれるもの   ランド剥離
  2. 銅箔とはんだの接合部が剥がれるもの  フィレット剥離

そのため、日本製の材料を使う、材料の保管条件を管理する、などの当たり前の管理をしていればあまり心配はいらないと考えます。

文献などで紹介されて注目されているのは2の方のです。本来、リフトオフは鉛入りはんだでも発生する可能性があります。それは、リフトオフの発生メカニズムを見てもわかります。

リフトオフは、部品のリード(ピン)とプリント基板を接合するはんだで起こります。当社のお客様では幸い発生したことがないので、現物の写真はありませんが、いろいろな文献で紹介されているので、参考に見るのもよいかと思います。

リフトオフ

ちなみに、当社の鉛フリー実装のセミナーでも詳しく解説しますので、ご都合のお許しいただける方はご聴講ください。

右の写真を使って簡単に説明します。フロー後のはんだは先に温度が下がるフィレット上部から凝固します。その際、凝固が遅いランド部分に低融点の金属が凝固した部分から押し出されます。

先に凝固したフィレットの上部では収縮が起こるため、ランド部分に引っ張る力が加わります。そこで剥離が発生します。これがリフトオフです。はんだが凝固する過程で発生し、経時変化によって発生するものではありません。

凝固温度範囲が広いはんだではこの現象が起きやすく、Sn-Bi系はんだで多く発生するようです。当初、融点の低さから使用されたこのはんだは、最近ではあまり使用されなくなっているようです。

現状、わかっていることを以下にまとめます。

  • 広い凝固温度範囲を持つはんだで発生しやすい
  • 熱による膨張係数の大きい材料で発生しやすい
  • 基板が厚くなると発生しやすい
  • 挿入部品のはんだ面側で発生する確率が高い
  • 両面基板で発生しやすい
  • 端子が太い場合に発生しやすい
  • 従来の共晶はんだでも発生する可能性がある
    以上のことから、リフトオフの抑制に必要なことは、以下の項目で注意を払うことになると考えます。

  • 基材
  • はんだ
  • 実装時の温度管理
  • 基板の穴径とリード径の相関
  • ランド形状とレジスト仕様
  • 信頼性試験

私たちは、リフトオフの抑制に限らず、鉛フリー実装の導入の際には、温度サイクル試験などの「信頼性評価試験」をお勧めします。信頼性試験の内容については、「エレクトロニクス実装技術 2006年1月号」に詳細に記載していますので、ご覧ください。内容をご要望の方は弊社までご一報いただければ幸いです。

更に、当社では、信頼性試験を想定して開発した信頼性検討用基板を販売しています。通常の製品用基板では網羅できない信頼性試験全般に対応が可能です。ホームページの詳細をご覧ください。カタログのダウンロードも可能です。