このページではMLCC(Multilayer Ceramic Chip Capacitor、積層セラミックチップコンデンサ)のはんだクラックの主な原因とその対策についてご紹介します。

• はんだクラックの主な発生原因

  基板への実装工程や車載などの過酷な環境での使用、鉛フリーはんだの使用を主な原因として、はんだクラックが発生します。

• はんだクラック対策に特に注意が必要なアプリケーションと基板

  熱衝撃、温度サイクルが想定される箇所、鉛フリーはんだを使用した製品、乗り物、インフラストラクチャーは特にご注意ください。

MLCCのはんだクラックは、はんだ付け工程などの製造工程ほか、市場に出されてからの過酷な使用条件などによって生じます。主な発生原因として、次のようなものがあります。

(1) 熱衝撃(ヒートショック)、温度サイクルによる熱疲労

高温/低温の温度変化が繰り返される環境下で、MLCCとプリント基板の熱膨張係数の差により、はんだ接合部に熱応力が加わることで発生します。また、はんだ付け工程において、温度管理が不十分であったりすることでも発生します。

(2) 鉛フリーはんだ

環境配慮により使用されるようになった鉛フリーはんだは、硬くて脆い性質があり、従来の共晶はんだと比べて、はんだクラックの発生リスクが高いので注意が必要です。

急加熱(急熱)、あるいは急冷却(急冷)といった製品の周囲に急激な温度変化(熱衝撃)がおこる自動車のエンジンルームなどの高温発熱部周辺への実装では、はんだクラックに特に注意する必要があります。

また屋外設置など温度の変化が繰り返し起こる製品のうちでも、太陽光発電、風力発電、基地局などのインフラストラクチャーは、長期メンテナンスフリーの要求を実現するため、はんだクラック対策にも注意する必要があります。

メガキャップとは端子電極に金属端子を取り付けたMLCCで、単体型(シングル)とスタック型(2段積み：ダブル)があります(図4)。

基板にはんだ接合された通常端子品とメガキャップの基板たわみシミュレーションを図6に示します。

熱衝撃や基板たわみなどによる応力は、はんだ接合部に集中するため、通常品ははんだクラックが発生しやすいのに対して、メガキャップは金属端子が応力を吸収して、はんだクラックの発生を低減します。

通常のMLCCの端子電極はCu下地層にNiとSnのめっきがほどこされています。樹脂電極品は、CuとNiめっき層の間に導電性樹脂層を設けたMLCCです(図7)。

熱衝撃よるはんだ接合部の膨張・収縮にともなう応力、基板たわみ応力などを樹脂層が吸収して、はんだクラックの発生を抑制します。