空孔を有するはんだ接合部の損傷力学に基づく強度評価

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12650097
• Research Institution: Faculty of Science and Technology, Science University of Tokyo
• Principal Investigator: 菊池 正紀 東京理科大学, 理工学部, 教授 (90107540)
• Keywords: 損傷力学 / はんだ / 熱疲労 / 空孔 / 疲労寿命

Research Abstract

電子機器の高性能化、高精度化に伴い、はんだ接合部の強度評価が重要になってきている。本研究では、表面実装方式の一つであるリフロー法の際、不可避的に発生するはんだ中の空孔の影響に着目し、空孔と疲労寿命との関係を調べることを目的とした。実験と数値解析の両方を行った。成果を以下に列記する。
(1)はんだの種類を三種類に変えて熱疲労試験を実施した結果、フラックス量の少ないはんだほど内部に大きな空孔が形成されることが分かった。
(2)空孔の面積比の大きな接合部ほど疲労寿命が低下する傾向が実験的に観察された。
(3)疲労破面上に見られるき裂は主き裂からパット界面方向に進展して界面で停留した分岐き裂であると考えられる。
また有限要素法により、空孔の存在するはんだ内でのき裂の進展を損傷力学によりを解析し、空孔による疲労寿命への影響を定量的に評価した。そして
(4)大きな空孔の存在は疲労寿命を低下させる可能性が数値解析からも推定できる。したがってはんだ接合部内部に発生する空孔をできる限り小さくすることが推奨される。
との結論を得た。またはんだのような界面の影響についても三次元損傷解析を行い、海面層の厚さの影響について定量的な考察を行った。

Research Products

• [Publications] 菊池, 高橋: "異なる負荷形式下のディンプル破壊ュレーション"日本機械学会論文集. A67,656. 665-670 (2001)
• [Publications] M.Kikuchi, J.Sasaki: "The Damage Mechanics Analysis of the Dimple Fracture"Computational Mechanics. Vol.1. 637-642 (2001)