共晶Pb-Shはんだ材料のクリープ疲労のき裂伝ぱに関する研究

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08750104
• Research Institution: Yokohama National University
• Principal Investigator: 于 強 横浜国立大学, 工学部, 助教授 (80242379)
• Keywords: 低サイクル疲労 / 疲労き裂進展 / はんだ接合部 / 界面き裂 / 高温強度 / 有限要素法

Research Abstract

本研究はエレクトロニクス部品のはんだ接合部におけるき裂の進展の基本的な挙動(疲労き裂進展速度など)を解明するために、機械的疲労荷重(定ひずみ制御)を受けるはんだ材料のき裂進展挙動の解明および合理的な評価法を確立することを目的とした。本研究で得られた主な成果を示せば次のようになる。
(1)はんだ接合部の熱疲労強度を評価するために、温度サイクルを与える熱疲労試験が一般的に行われている。本研究では熱サイクル試験が長い試験時間を要する問題を解決するために、電子部品のパッケージと基板の熱膨張ミスマッチをシミュレートする機械的疲労試験法を提案した。また、はんだ接合部のき裂の発生において機械的疲労試験の結果が熱サイクル疲労試験の結果を評価することができるとの結論が得られた。
(2)はんだ接合部の疲労き裂のの進展特性(疲労き裂進展速度)を評価するために、センターき裂を有する平板試験片(CCT試験片)を用いて疲労き裂進展試験を行った。試験の結果から開口型(モードI)変形を受ける疲労き裂進展速度はJ積分範囲ΔJで評価できることが分った。また、20℃、40℃および80℃で行われた試験結果ではんだ接合部の疲労き裂進展速度は環境温度に影響されることが明らかにできた。
(3)BGAはんだ接合部のせん断型疲労試験を行い、せん断変形を受けるはんだ接合部に生じる界面き裂(はんだと基板のメッキ層との界面)の疲労き裂進展速度を計測した。非線形応力・ひずみ解析の結果と合わせて、はんだ接合部の界面き裂の疲労進展速度は界面き裂先端の非線形ひずみ場を表す力学的パラメータで評価することができるとの結論が得られた。

Research Products

• [Publications] Qiang Yu: "Reliability and Structural Optimization of BGA Packages" The PACIFIC RIM/ASME International,Intersociety Electronic & Photonic Packaging Conference & Exhibition. (in print). (1997)
• [Publications] 柏村孝義: "実験計画法,数理計画法を用いた構造最適化" 日本機械学会論文集(A編). 62-601. 2180-2185 (1996)
• [Publications] 柏村孝義: "統計的最適化手法による衝撃荷重を受ける構造部材の最適設計" 日本機械学会論文集(A編). 62-603. 2422-2427 (1996)
• [Publications] 柏村孝義: "自動車用シートの衝撃挙動に関する研究" 日本機械学会論文集(A編). 63-607(印刷中). (1997)