金は人気のある選択肢です 電子部品 金は耐腐食性に優れ、電気伝導性も高いため、よく用いられます。しかし、組み立て時に金がはんだと混ざると、回路基板に深刻な問題を引き起こす可能性があります。
金脆化は、メッキされた接点から金がはんだに溶け込み、はんだの総重量の3%を超えた場合に発生します。これにより、接合部が弱くなり、脆くなります。 この記事は、電子機器アセンブリにおける高額な故障を回避するのに役立ちます。
はんだ接合部における金脆化現象の理解
金脆化は、金がはんだと混ざり合って接合部を弱め、ひび割れや破損を起こしやすくすることで発生します。これは、 機械的強度 そして、接続の長期的な信頼性。
定義と仕組み
金脆化は、はんだ付け工程中にメッキされた接点の金が錫または錫鉛はんだに溶解することで発生します。金の含有量がはんだ全体の重量の3%を超えると、脆い金属間化合物が形成され、接合部の延性が低下します。
これらの化合物はあなたの はんだ接合 硬くなり、ストレス下では屈曲できない。延性の低下は、関節が衝撃を吸収できないことを意味する。 熱膨張 あるいは、本来あるべき機械的ストレス。
主な故障モード
はんだ接合部が故障する主な原因は、熱サイクル中の亀裂の伝播です。部品が加熱および冷却されるにつれて、 脆い接合部 小さな亀裂が発生し、それが時間とともに大きくなる。
機械的強度が低下すると、接合部が衝撃や振動に対して脆弱になります。これにより、回路が断線したり、システム内の電気伝導性が失われたりする原因となります。
影響を受ける部品およびアセンブリ
金メッキされた端子を持つコネクタは、回路基板にはんだ付けする際に最も大きなリスクにさらされます。航空宇宙および軍事用途で使用される高サイクル部品は、金脆化による最大の課題に直面します。
この問題は、RFコネクタ、基板間コネクタ、およびはんだ付け部分の金メッキの厚さが30マイクロインチを超えるあらゆる部品で見られます。
金脆化に寄与する主な要因
金の厚み、はんだの化学組成、そしてそれらが組み合わさって形成される脆い化合物によって、はんだ接合部が強度を保つか、あるいは応力下でひび割れるかが決まります。
金メッキの厚さとメッキの役割
金メッキの厚さは、脆化リスクに直接影響します。はんだ接合部における金の含有量が重量比で3～5%を超えると、脆性破壊の危険域に入ります。
薄い金層（通常0.05～0.1ミクロン）は、ENIG（無電解ニッケル浸漬金）やENEPIGなどの浸漬金めっきに適しています。これらははんだ付け時に完全に溶解します。厚い電気めっき金は完全に溶解しないため、問題が生じる可能性があります。
一般的な表面仕上げとそのリスク：
- ENIG金層が薄いためリスクが低い
- ENEPIGENIGにパラジウム保護を追加したものと同様
- 硬質金メッキ厚さが1ミクロンを超えるとリスクが高くなります
また、金デンドライト（針状の金構造）にも注意が必要です。これらはめっき中に成長し、応力集中点となることがあります。
はんだ合金との相互作用
はんだの種類によって、金との反応速度は異なります。SAC305のような鉛フリーはんだは、従来のSnPbはんだよりも早く脆い化合物を形成します。
SAC305などの鉛フリー合金は、より高い温度（SnPbの220℃に対し、約250℃）で動作します。この高温により、金がはんだ接合部へ拡散する速度が速まります。
金属間化合物の形成
金が脆くなる主な原因は、脆い金属間化合物であるAuSn4です。金がはんだに含まれるスズと混ざると、界面にAuSn4が形成されます。この化合物は非常に硬いものの、延性に欠けます。
ベースとなる金属の種類によっては、他の金属間化合物も形成される可能性があります。これらの金属間化合物は、接合部に亀裂が発生し、そこから亀裂が広がる弱点となります。
はんだ付け工程と業界標準
はんだ付け方法の違いや、より厳格な業界基準は、はんだ接合部における金脆化の発生に直接影響を与えます。表面実装プロセスとスルーホールプロセスはそれぞれ特有の課題を抱えており、J-STD-001などの規格では、接合部の信頼性を確保するために金含有量に具体的な制限が設けられています。
表面実装および貫通穴接続における金脆化
表面実装部品は通常、 半田付け 制御された容量により、リフロー中の金の溶解が制限されます。 リフロー炉 基板のパッドから金がはんだに混入する量を減らします。
スルーホール接続はより大きなリスクに直面します。 ウェーブはんだ付け on メッキスルーホールダイナミックなはんだ波は接触時間を長くします。この長い露出により、より多くの金が コンポーネントリード はんだに溶け込む。スルーホールでは乱流が発生しないため、この問題はさらに悪化する。
業界標準およびJ-STD-001の要件
J-STD-001Fでは、クラス2およびクラス3のアセンブリの両方において、はんだ接合部の金含有量を重量比で3%未満に抑えることが求められています。はんだ端子および部品リードの厚さが安全限界を超える場合は、金を除去しなければなりません。
はんだ量とプロセスパラメータの影響
はんだの量は金濃度に直接影響します。金メッキが薄い小さな接合部でも、3%の閾値に達する可能性があります。はんだへの金の溶解を抑えるには、保持時間と処理温度を適切に管理してください。
金脆化の防止と軽減
はんだ接合部の金含有量を管理し、より適切な表面仕上げを選択し、組み立て品をテストすることで、金脆化を防ぐことができます。重量比で金含有量を3%未満に抑えることで、接合部の強度を維持し、脆性破壊を防ぐことができます。
金除去のベストプラクティス
脆化のリスクを軽減するために、はんだ付け前に部品の端子から金メッキを除去する必要があります。最も効果的な方法は 予備錫めっき金を はんだ付けしやすいコーティングこのプロセスは改善します はんだ付け性 余分な金を除去しながら。
別の選択肢としては、終端部から金を除去する合金変換プロセスを用いる方法があります。これらの自動化システムは、J-STD-001などの業界標準を満たしており、安定した結果が得られます。
各接合部における金とハンダの比率を計算する必要があります。以下の式を使用してください：金の重量をハンダの総重量で割り、100を掛けます。脆い金属間化合物の形成を避けるため、結果は3%未満に抑えてください。
代替表面仕上げ
異なるメッキ材料を選択することで、金の脆化を完全に回避できます。 浸漬スズ 金に関連するリスクなしに優れたはんだ付け性を提供します。ほとんどの標準的な用途に適しています。
熱風はんだレベリング（HASL） はんだと直接結合する錫鉛コーティングを施すことで、酸化を防ぎ、接合部の完全性を維持します。
『Brooklyn Galaxy』のために、倪氏はブルックリン美術館のコレクションからXNUMX点の名品を選び、そのイメージを極めて詳細に描き込みました。これらの作品は、彼の作品とともに中国ギャラリーに展示されています。彼はXNUMX年にこの作品の制作を開始しましたが、最初の硬貨には、当館が所蔵する 高信頼性接続には セグメントプレート接触部分のみに金メッキ、はんだ付け部分には錫メッキを施す。
検証および試験方法
組み立て前に部品の金メッキの厚さを測定してください。X線蛍光分析装置を使用して、メッキが仕様範囲内であることを確認してください。
熱サイクル試験と機械的応力試験によって、完成した接合部を検査します。これにより、現場での破損が発生する前に、潜在的な空隙や金脆化による弱点を明らかにすることができます。
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よくある質問
金を含むはんだ接合部が脆化する原因は何ですか？
金脆化は、金が錫ベースのはんだに溶解する際に発生します。 はんだ付けプロセス金含有量がはんだ全体の重量の3%を超えると、金と錫の間に脆い金属間化合物が形成される。
これらの化合物ははんだ接合部を弱くし、ひび割れやすくします。 金めっきニッケルバリア層の欠落や、はんだ付け時の温度制御不良はすべてリスクを高めます。
金メッキコネクタの脆化をどのように検出できますか？
金脆化は、目視検査、断面分析、および機械的試験によって確認できます。はんだ接合部に亀裂や異常な脆化がないか確認してください。
専門的な試験には、熱衝撃試験、振動試験、およびはんだ構造の顕微鏡検査が含まれます。これらの方法により、脆い金属間化合物が故障を引き起こす前に発見することができます。
金脆化は電子部品の信頼性にどのような影響を与えるのか？
金が脆化すると、はんだ接合部の機械的強度が低下します。脆くなった材料は延性を失い、応力下で容易にひび割れを起こします。
部品は熱サイクルや振動の影響を受けやすくなります。これにより接続不良が発生し、デバイスの性能と寿命が損なわれます。
電子機器における金脆化を評価するための、特定の業界標準はありますか？
IPCとJEDECは、金めっきの厚さと半田接合部の信頼性に関する規格を定めている。これらの組織は、電子機器アセンブリの脆化を防ぐためのガイドラインを設定している。
軍事および航空宇宙産業では、コンタクトテールの金の厚さに関して厳しい要件が設けられています。これらの基準に従うことで、 信頼性の問題.
金脆化の影響を受けた部品は、元に戻したり修復したりすることは可能でしょうか？
一度金が脆化してしまうと、元に戻すことはできません。脆い金属間化合物は永久的に存在し続けるからです。
唯一の解決策は、影響を受けたはんだ接合部を取り外して交換することです。そのためには、部品のはんだ付けを外し、適切な金含有量で再はんだ付けする必要があります。
金製造における脆化リスクを最小限に抑えるための最善策は何ですか？
接触部分には金メッキのみを行い、はんだ付け部分には錫メッキを施してください。金メッキは薄くし、金と基板の間にニッケルバリア層を設けてください。
はんだ付けの温度と時間を慎重に管理してください。最終的な接合部の金含有量を減らすために、はんだ付け前に予備はんだ付けまたは金除去処理を検討してください。
