半田付け条件とクラックの関係

長くなるので、新しく記入させていただきます。
私も同様の問題に関するなやんでおり、非常に頭の痛い問題です。＾＾
話が生々しくなるので、オブラートで包んでの表現をお許しください。

私たちは、「リフローによるボイド、ヒートショックによるクラック、この２つは
１００％無くすことは出来ない」との考えを前提に進めています。
問題はどの程度までボイド面積を減らせばいいのか？クラックを押さえればいいのかを苦しみつつ評価しています。

ボイドは手っ取り早く少なくするには、はんだを変えるのもひとつです。
JCPAショーなどで多くのメーカーが対応ソルダを出していました。
ソルダーコート（株）、ここでは「ボイドの出ないソルダ」と商品を出して、
某最大手カーメーカーへの納入実績をアピールしていました。（2000サイクルまででしたが）しかしながら、フィレット下部でのボイド発生は押さえていましたが、
チップ直下にはボイドがはっきりと写っている写真がカタログに載っています。
この写真で「ボイド発生なし」と大きく赤字で書いてあり、思わずほほが緩みます。

クラックですが、はんだの組成によっても違いますが、
金属間化合物は冷熱衝撃試験で成長します。（分厚くなります。）これはいろんな本で写真を見ることが出来ると思います。
たとえば脱Zn、Zn酸化、Sn－Cu化合物やZn-Cu化合物の成長などは有名です。
この部分にカーケンダルボイドも発生しやすくなります。
Pbフリーになってから感じているのですが、クラックが発生する場所は、
この接合面の確立が非常に高くなったように感じます。
PbSnの時は、フィレットの中央でクラックが発生するなど、確率的にはんだ自体が
クラックしていたように思いますが、Pbフリーではほとんどが接合面、つまり金属間化合物で発生しているようです。

この間のJPCAショーでエレクトロニクス実装技術2006年1月臨時増刊号
「鉛フリー実装量産化のヒント」なる冊子を配っていたのですが、
各大手メーカーの動向や量産化への対応方法が、各メーカーのレターでかかれており、非常に役に立っています。
また、本を購入する際は、最新のものを購入することをお勧めします。
この世界、2,3年でかなり変化があります。また、RoHS指令などで、この手の本もたくさん出ているようです。

あ、リフロープロファイルですが、この冊子にも、
「いかにプロファイルを管理するか」も何社が書いています。
それだけ、プロファイルの管理は重要ということです。＾＾

読み返してみて、私が話をややこしくして、問いの答えになっていないようです。_(._.)_　申し訳ないです。

＞＞もし可能でしたら、温度プロファイルとボイド、半田強度の関係について簡単に教えていただけないでしょうか？

まだ苦しんでいる最中でして、一般的な話ですが、
・プリヒートの温度、時間：
　　　被ソルダ物（基板、電子部品）の熱容量と、フラックスや半田組成で最適（推奨）なプロファイルにします。
・除冷の温度勾配
　　長すぎると「す」が出来たり、金属間化合物が成長します。

この２つ位しか実際は振れないと思います。

現実的な話ですが、リフロープロファイルを実機でいろいろと振るのは大変ではないですか？＾＾；；
リフローシミュレーター（卓上炉のようなもの）というものがあり、私たちはまず、机上でプロファイルを振っています。
また、机上なので、目視でき、動画として保存できるので、ボイドの発生理由などがはっきりと見て取れて役に立ちます。
ガス抜きが出来ていない部分がボイドになります。（それだけではないと思いますが）

また、1608チップでしたら、ボイドはそれほど気にしなくてもよいと思います。
フィレットの部分には、小さいのでまず出来ないでしょうし、チップ下部の面積も小さいので、大勢に影響はないと思います。
また、金属間化合物も、1608サイズにすることによって、線膨張係数の差が吸収されたのであれば、気にかけることもないのではと感じています。

私はその基板屋です。
初期の合金層結晶は冷却条件等で変わりますが、信頼性結果では変わらないと思います。単純に線膨張係数の差でシミュレーションしてみると結果と一致します。チップ抵抗もチップコンデンサーも大きいと割れます。大きいものは所期から割れる場合もあります。

>全てこの線膨張係数の差による応力のみで考えてよいのでしうか？

　答えは、だめです。

　一般にはプロファイルなどはきちんと管理できているという条件のもと、
　線膨張係数やヤング率、ポワソン比などから、シミュレーションを行い
　クラックを未然に防ぎます。その点では線膨張係数の差が第一に考える因子になります。

　温度プロファイルは、
　・ボイドを少なくする　⇒　クラックの要因を減らす
　・接合強度を増す
　などに関係してきます。

たとえば、冷却時間の差によって、接合面の金属化合物が違ってきます
クラックに直接関係します。他には、ピーク温度、およびその時間、はんだやペーストの保管状態などにも起因します。
また、意外と落とし穴になるのですが、金メッキは
はんだ接合にとって、百害一利です。Auがあると接合がもろくなります。

詳しくは、専門書がたくさん出ていますので、参考にされるとよいでしょう
たとえば、以下の本はかなり参考になります。
http://www.jwes.or.jp/jp/shi_ki/ms/text02.html

ちなみに
＞温度サイクル試験（－３０～８５度）を３０００サイクル（車系？＾＾；；）
で、２１２５はなんとか持ちそうな気がするのですが…（Pbフリーでも）
はんだメーカーや、基板屋に相談されてみては？