2016 Fiscal Year Research-status Report

高信頼性電子機器のための放射光CT技術を基盤とした統合化ヘルスマネジメントの構築

Research Project

Project/Area Number	15K05708
Research Institution	Toyama Industrial Technology Center,
Principal Investigator	佐山利彦富山県工業技術センター, その他部局等, 課長 (40416128)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	森孝男富山県立大学, 工学部, 教授 (30275078) 釣谷浩之富山県工業技術センター, その他部局等, 主任研究員 (70416147)
Project Period (FY)	2015-04-01 – 2018-03-31
Keywords	信頼性設計 / エレクトロニクス実装 / マイクロ接合部 / X線マイクロCT / 放射光 / ヘルスモニタリング / 熱疲労 / 寿命
Outline of Annual Research Achievements	エレクトロニクス実装基板（以下、基板）において、信頼性に最も大きな影響を与える因子である接合部を対象とし、放射光X線CT技術を適用した疲労き裂等の非破壊モニタリングに基づき、疲労破壊に対する健全性診断、余寿命評価技術、さらに基板の保守技術を統合化した新しい概念のヘルスマネジメント技術を開発している。この技術の実現のため、本年度は、放射光X線CTを応用した二つの要素技術の実用化に目途をつけた。すなわち、(1) 放射光X線ラミノグラフィを適用したき裂観察技術、および(2) DIC（デジタル画像相関法）による3Dひずみ分布の可視化技術である。 1. 研究内容・成果　(1) 放射光X線ラミノグラフィ技術を適用して、繰返し通電状態にあるダイアタッチ接合部における疲労き裂をその場観察し、その進展過程を定量化する技術の実用化を試みた。疲労き裂のモニタリングの結果、通電状態であっても基板の温度分布が安定であれば、疲労き裂を3次元的に可視化し、その進展過程を定量化することが可能となった。本技術は、実用レベルに到達したといえる。(2) 放射光X線ラミノグラフィによって得られた断層画像にDICを適用して、接合部の3Dひずみ分布の計測を試みた。得られた断層画像に対して、Ag3Sn相等の特徴量が多い部分ではひずみ計測が可能となった。 2. 有用性・意義　エレクトロニクス関連業界においては、機器の信頼性向上を目指し、基板の健全性を診断しようというヘルスモニタリングへの期待が高まっている。本研究で開発を目指している技術は、接合部における欠陥（き裂等）や損傷状況（ひずみ等）を3次元的、時系列的に捉えることができる高分解能を有する非破壊検査手法に基づいており、電子機器産業界のニーズにタイムリーに応えることができる。将来、関連企業製品の高度化、信頼性向上に大きく貢献することが期待できる。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 放射光X線ラミノグラフィ技術の開発を前倒しで実施した。実際の試験基板に通電し、自己発熱している状態での疲労き裂やボイドの観察、評価が可能となっており、パワーモジュール等の接合部における実用的な信頼性評価が十分に可能な段階に至った。一方、DICによるひずみ分布の可視化技術については、観察したすべての領域に適用できる段階には至ってはいないが、特徴量が多い領域に対しては十分適用可能であり完成度は高まった。研究全体としては、おおむね順調に進展していると言える。
Strategy for Future Research Activity	(1) 放射光CT技術を適用した放射光X線ラミノグラフィによる疲労き裂等の非破壊モニタリングを、自己発熱するデバイスを実装した実際の基板に適用する実験を引続き行い、多くのモニタリングデータを蓄積して、その完成度を高める。(2) DICについては、これまでの実験で良好な画像データが得られているので、このデータを用いてひずみ分布の可視化を実用化レベルまで高める。(3) 放射光X線ラミノグラフィを適用して不定期モニタリングで得られるひずみ3D分布データ、および疲労き裂の3D進展データに基づく余寿命推定技術の高精度化を図る。
Causes of Carryover	今年度は、放射光X線ラミノグラフィ実験を当初の予定よりもやや低い金額で行うことができたため、若干の研究費を繰越した。
Expenditure Plan for Carryover Budget	放射光X線ラミノグラフィおよびDICによるひずみ可視化技術の開発のための追加実験を行うので、研究費を主に大型放射光施設SPring-8での実験費用、旅費、実験資材の調達に使用する。他に、国内外の学会、会議において研究成果発表を行うため、参加費や旅費に使用する。