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EBSD 分析による結晶性材料脆弱性箇所の早期発見 分析解析部 藤野 公明 要約 はんだなどの金属間接合界面の評価手法として SEM （Scanning Electron Microscope）－EBSD （Electron Back Scattering Diffraction）などの結晶方位評価が用いられます。 EBSD は結晶の方位・配向性・結晶粒サイズ・結晶の形状・内部応力・歪みの評価が可能であり、他 の手法に比べ、大面積を短時間で一括分析が可能で効率的かつ詳細な分析が出来ます。また応用的評価 として、故障原因の解析・信頼性評価、継時変化との相関（劣化メカニズムの解明）・はんだや金バンプ などの接合特性の相関・金属材料の機械的特性 (硬度･強度等) との相関などが可能と考えられています。 1. 諸言 我々はEBSD によって①破壊原因の違いをEBSD により特定可能か？ ②はんだ材料の長期信頼性評 価時に試料が破壊されるが破壊箇所を事前に予測することは可能か？ という二つの点に着目し、EBSD によってこれらの判断が可能かについて検討を行いました。 2. 実験方法 事例（１） 熱ストレスと機械的衝撃破壊の分別 ＜機械的衝撃テストにより発生したはんだクラック＞ Fig.1 に示すEBSD のGrain マップよりはんだの結晶方位変化は、最初に衝撃を受けたクラック近傍 だけでなく広範囲に結晶方位のズレが進んでいる。はんだボール部全体に急激な応力が印加された事を 示唆している。落下による衝撃は部材の自重により増幅されるため、はんだボール内を衝撃が伝搬する 様子は津波のように伝わり、はんだ結晶の方位変化が部材全体に観察されるものと推察されます。 (a) EBSD Grain Map (c) 顕微鏡像 (b) EBSD Grain Map ＜ 冷 熱 サ イ Fig.1 機械的衝撃によるはんだクラックの例 (a)初期状態では結晶方位が揃い・粒径が非常に大きい状態であるが、衝撃試験後には(b)クラックが発生している様子 と(c)結晶方位がばらばらになり、結晶粒径が小さくなっている様子が観察される。 クル試験によるはんだクラック＞ Fig.2 に示す冷熱サイクル試験時のEBSD のGrain マップでは、クラック発生箇所を中心に結晶の方 位変化が激しい領域、グレインサイズが小さくなっている領域が観察されます。これは材料毎に線膨張 係数が異なるため、冷熱サイクル試験の温度差によって局所的に繰り返し応力印加される部位が発生し、 即ち⊿t 印加によるCTE 差により疲労破壊が発生したものと推察されます。これは波打ち際で波が繰り 返し発生することによって砂を運ぶイメージに酷似しています。 このように繰り返し応力印加による疲労破壊は特定領域の結晶のみ方位変化と破壊が発生しますので、 機械的衝撃破壊の例と比較すると EBSD により結晶方位の分布像・結晶粒の分布像を見るとその違いが 明確に観察されます。 (a) EBSD Grain Map (b) 顕微鏡像 (c) EBSD Grain Map Fig.2 冷熱サイクル試験によるはんだクラック (a) 初期状態では結晶方位が揃い・粒径が非常に大きい状態であるが、冷熱サイクル試験後には(b)クラックが発生し ている様子と(c)クラックを中心に結晶粒径が小さくなっている様子が観察される。 事例（２） 信頼性試験における脆弱箇所の早期発見 Pb フリーはんだは共晶はんだに比べ粘性が少ないため信頼性上の課題となっている。今回Pb フリー はんだにて接合したPWD 基板上のチップの信頼性を評価し、クラック発生箇所の予測が可能か、またシ ミュレーションでの予測結果と一致するか評価を行いました。 評価は冷熱サイクル試験にて実施しましたが、それぞれの試験において材料の膨張係数から予測され る変位量は、約５μm となり