テクニカルレポート

2019/07/05 / テクニカルレポート

ALD(原子層堆積)超薄膜による絶縁コーティング及びウィスカ防止への展開

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PICOSUN JAPAN(株)  八尋 大輔 氏

 

4. ALDによるウィスカ防止

 

 すず合金によるウィスカは、1940年代からエレクトロニクスの世界では知られていた。

 鉛の添加によって防げることから、鉛はんだが主流であった80〜90年代には問題とされていなかったが、RoHS規制対応のために鉛フリーはんだが使われはじめた2000年前後にクローズアップされることとなった。

 ウィスカは、はんだ・めっきなどのすず薄膜表面に発生する細線状の結晶成長で、バルク状態のすず表面には発生しにくいため、薄膜内部の局所的な応力勾配が駆動力であると考えられている。

 ウィスカは金属結晶であり導電性があるため、端子・基板上に付着することで電気的短絡を起こす恐れがある。

 したがって、ウィスカを防止することは、電子機器の信頼性を向上させる上で必要不可欠であり、様々な取り組みが行われている。

 Picosun社はプリント基板アセンブリにALDコーティ ングを施すことにより、すずウィスカを防止する研究をESA(European Space Agency、欧州宇宙機関)と共同で行った。

 銅板上に厚さ2μmのSn-Cu電気めっきされたものを試験片として使用した(図4)

 

図4 試験片写真

 

 その後、[表2]に示す処理を行い、室温にて8〜12か月経過後にウィスカの発生を観察(任意の20個所での発生数平均)した。

 

表2 試験工程水準表

 

 その際、バッチ1、2を除いて、ALD処理をしない以外はまったく同一のプロセスで作成したコントロールサンプルを用意し比較した。

 結果を[表3]に示し、簡単に結論を下記する。

 

表3 ウィスカ平均観察数

 

•ALDコーティングされていないサンプルからは〜350程度のフィラメント状ウィスカ(図1参照)の発生が見られた

•バッチ7・8を除き、ALDコーティングされたサンプルでは、ウィスカの大幅な低減が見られた(バッチ3では観察数ゼロ)

•発生数だけでなく、ウィスカ長さについても差が見られた(バッチ3〜6 のALDコート品では50〜75μm、未コート品では100〜500μm)

•SEM観察によると、ALDコート品で発生したウィスカは、ほとんどがALDコーティングされている(図5参照)

 

図5 ALD工程後、酸化膜中に封止されたウィスカ  (a)一部クラックの入った膜中のウィスカ  (b()c)完全にコートされたウィスカ

 

 すなわち、ALD処理前からすでに発生していたウィスカであると考えられる。

 

 

5. 結言

 

 本稿で述べたように、電子デバイスパッケージやプリント基板アセンブリにおいてもALDの用途は広がっている。

 ウィスカ対策に関しては、紙面の都合上内容を大幅に割愛せざるを得なかったため、興味のある読者は是非、末尾に記載する原著にあたってほしい。

 また、以前メディカルデバイスへのALDについての寄稿で述べたように、気密封止性・耐腐食性などの特性も応用可能である。

 実装工程においても微細化がますます進んでいく昨今、ALD技術の活用を是非多くの方にご検討いただければ幸いである。

 

<参考資料>

1)エレクトロニクス実装学会/すずウィスカ研究会編(2013)「高信 頼性鉛フリーめっきと錫ウィスカ対策」、日刊工業新聞社

2)Terho Kutilainen et al.,(2016)「Atomic Layer Deposition(ALD)to Mitigate Tin Whixker Growth and Corrosion Issues on Printed Circuit Board Assemblies」、

https://www.researchgate.net/publication/303999864_ Atomic_Layer_Deposition_ALD_to_Mitigate_Corrosion_ and_Tin_Whisker_Issues_of_Printed_Circuit_Board_ Assemblies(2019年5月21日アクセス確認)

3)八尋大輔(2019)「インプラント型電子メディカルデバイスへの ALD(原子層堆積)法による生体適合膜封止」、エレクトロニクス実装技術Vol.35 No.2

 

会社名:PICOSUN JAPAN(株)
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