はんだ接合信頼性 — CAE用語解説

ポイントは熱膨張係数（CTE）の差だよ。ICパッケージ（シリコン：約3ppm/℃）とPCB基板（FR-4：約17ppm/℃）ではCTEが全然違う。温度が変わると両者の伸び量が違うから、その間に挟まれたはんだ接合部にせん断ひずみが集中するんだ。特にBGAの外周コーナーボールが最も危険なんだよ。

代表的なのはCoffin-Manson型の寿命予測式で、はんだに蓄積される非弾性ひずみ（クリープ＋塑性）から破断サイクル数を求める。DarveauxモデルやAnandのクリープ構成則を使ってFEMで温度サイクル中のひずみ履歴を計算し、そこから寿命を見積もるのが実務のスタンダードだね。

車載グレードの要求だからね。エンジンルーム内は夏場で125℃以上になるし、北国の冬場は-40℃にもなる。この温度範囲で数千サイクル耐えることが求められる。解析では熱伝導方程式で基板全体の温度分布を求めてから、構造解析でひずみを計算する熱‐構造連成が基本だよ。

温度場の計算に使う熱伝導方程式はこうなる。

大きく変わったよ。Sn-Ag-Cu系（SAC305など）は鉛はんだより硬くてクリープ特性が異なるから、構成則のパラメータも全然違う。特に高温保持中のクリープ挙動が支配的で、Anandモデルのパラメータセットを正しく選ばないと寿命予測が2〜3倍ずれることもある。

クリープと熱疲労の両方を理解することが必須だよ。この3つはセットで覚えておいて。

• 熱サイクル試験
• クリープ
• 熱疲労

そうだね。あと実務では、はんだの微細組織変化（粗大化）で特性が変わることもあるから、試験と解析の相関を取ることが非常に重要だよ。