逆問題解析を援用した面実装はんだ接合部の強度評価法の研究

• Project/Area Number: 08650121
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Materials/Mechanics of materials
• Research Institution: Tokyo University of Science
• Principal Investigator: 菊池 正紀 東京理科大学, 理工学部, 教授 (90107540)
• Project Period (FY): 1996
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1996)
• Budget Amount: ¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000); Fiscal Year 1996: ¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
• Keywords: 電子デバイス / はんだ接合部 / ディンプル破壊 / 損傷解析 / 逆問題

Research Abstract

(1)はんだ接合部の強度試験 実際の電子デバイスの面実装と同じ方法ではんだ接合した試験片を用いて静的引張り試験を実施した。はんだ塗布厚さを0.1mmと0.3mmの二通りに変えて作成した。また接合部のリ-ド部の形状の初期不整を考慮して三通りの形状について試験を行った。引張りによる破壊強度については、塗布厚さがほとんど影響しないこと、またリ-ド部形状の初期不整は極めて大きな影響を持つことが実験的に明らかとなった。ついで引張り速度を変化させて同様の試験を実施した。結果として、荷重一変位関係が引張の速度に大きく依存することが示された。これははんだ接合部の変形を考えるに当たって、常温でもクリープ変形を無視できないことを意味している。
(2)破壊試験片の破面観察 はんだ接合部の破面観察を走査型電子顕微鏡にて行った。破面にはディンプルが形成されており、はんだ接合部の破壊はボイドの発生・成長・合体により特徴づけられる延性破壊であることが確かめられた。ディンプルの単位面積当たりの数と半径を測定し、破断時の臨海ボイド率を決定した。
(3)破壊シミュレーション 上の測定をもとに、ボイドの発生・成長を考慮した損傷力学に基づくはんだ部の破壊シミュレーションを有限要素法により実施した。その際、はんだ薄膜の弾性係数、降状応力を、数通りに変化させて数値解析し、実験とより近い結果を与えるものを用いた。その結果、線形変形領域での外力への応答を定量的に良く表現できる数値モデルを得ることができた。またディンプル破壊領域の形成・成長の様子は実験結果と定性的に良く一致した。