携帯用電子機器のマイクロはんだ接合部の衝撃強度評価に関する研究

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11555029
• Research Institution: Yokohama National University
• Principal Investigator: 白鳥 正樹 横浜国立大学, 工学部, 教授 (60017986)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 于 強 横浜国立大学, 工学部, 助教授 (80242379)
• Keywords: 電子デバイス / 落下衝撃 / 衝撃破壊 / 静的解析 / 動的解析 / 衝撃破断試験

Research Abstract

近年、電子機器のマルチメディア化に伴う情報処理・演算処理スピードの高速化、さらに家庭やオフィスからモバイル環境への拡張から電子機器の軽薄短小化・モバイル化が急速に進みつつある。モバイル化による超軽薄短小化と使用環境の変化に伴い、新たな信頼性問題が顕在化してきている。その最も注目されているのはモバイル電子機器内部のマイクロはんだ接合部の衝撃強度問題である。本研究ではモバイル電子機器の落下衝撃を受けるとき、はんだ接合部の衝撃強度の試験法および評価法を確立することを目的とした。
平成12年度において得られた成果の下記のようになる。
(1)共晶はんだ材料および鉛フリーはんだの材料特性のひずみ速度依存性を計測した。その結果はんだ材料は一般的な使用条件では非常に顕著な非線形性を示しているが、衝撃負荷を受けると、ほとんどの非線形性が消失し、弾性材料として取り扱ってもよいとの結論が得られた。
(2)はんだ接合部を有する基板の衝撃試験を行うことによって、はんだ接合部での衝撃破壊ははんだ材料と基板間に生じる金属間化合物層に集中していることを明らかにすることができた。また、これははんだ材料の高いひずみ速度での降伏応力が急激に高くなることによって、金属間化合物層に高い応力集中を与え、これまでに安全であった金属間化合物での破壊を引き起こすことになったことも分かった。
(3)エネルギー保存則に基づいて、モバイル機器内部の実装基板の自由振動変形は接合部に生じる応力などに大きく影響を与えていることを明らかにすることができた。また、この結論から基板の固有振動モードに合わせてパッケージの設計位置を設計すれば、はんだ接合部の対衝撃強度を顕著に向上することができるとの結論に達した。この一連の成果から衝撃負荷を受けるモバイル機器のはんだ接合部の信頼性設計の指針と方法を確立することができたと言える。

Research Products

• [Publications] 白鳥正樹,于強 他2名: "BGAパッケージはんだ接合部の熱疲労信頼性簡易評価"日本機械学会論文集A編. 67・654. 216-224 (2001)
• [Publications] 白鳥正樹,于強 他3名: "均質化法による粒子分散形複合材料の特性評価"日本機械学会論文集A編. 66・652. 55-60 (2000)
• [Publications] 加賀靖久,于強,白鳥正樹: "統計的設計支援システムを用いた有限要素法によるアンダーフィル実装構造の熱疲労信頼性評価"エレクトロニクス実装学会誌. 3・7. 585-591 (2000)
• [Publications] 于強,白鳥正樹,池田真哉: "衝撃負荷を受ける実装BGAパッケージの動的特性"日本機械学会講演論文集. 00・17. 649-650 (2000)
• [Publications] 于強,白鳥正樹,池田真哉: "衝撃負荷を受ける実装パッケージの動的特性"日本機械学会講演論文集. 00・19. 527-528 (2000)