2020 Fiscal Year Research-status Report
Damage modeling for joining parts of power module
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18K03863
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| Research Institution | Saga University |
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Principal Investigator |
宮崎 則幸 佐賀大学, 理工学部, 客員研究員 (10166150)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | パワーモジュール / 高信頼性 / 長寿命化 / 損傷モデル / ワイヤボンド部 / 熱疲労寿命 / 非線形ひずみ密度範囲 / 非線形破壊力学パラメータ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
パワーデバイスは電力制御に用いられ、各種機器の電力低損失化に寄与する省エネのためのキーデバイスである。本研究では、パワーモジュールの高信頼性・長寿命化に向けた研究として、Wire-liftoff現象という熱応力負荷によるワイヤボンド部とはんだ接合部の損傷を研究対象とする。
2020年度は以下のような研究を実施した。(1)パワーデバイスの強度信頼性に関する研究の現状および今後の研究課題を整理するために、ASME Journal of Electronics Packagingにレビュー論文を投稿して掲載された。(2)アルミワイヤの弾塑性特性およびクリープ特性に関する材料試験については、引張速度を変えた引張試験から弾塑性構成式と遷移クリープ構成式を同時に求める手法の開発に2019年度に成功したが、本試験データの有効性を担保するために、2020年度には死荷重負荷によるクリープ試験を開始し、実験データが得られるようになったが、種々の応力、温度レベルの実験を行う必要があるので、実験の一部は2021年度に持ち越した。(3)パワーサイクル試験や熱サイクル試験のワイヤボンド部の疲労寿命を機械的疲労試験よる疲労寿命で代替する目的で、2019年度にはピエゾアクチュエータ駆動の片振り４点曲げを用いた機械的疲労試験システムを新たに構築して、予備試験を実施した。そこで2020年度には短い疲労寿命を得るために両振り4点曲げ試験機を構築した。これらの試験機を用いて本格的に機械的疲労試験データの取得を開始した。(4)ΔT*を経路積分を用いて計算するプログラムの開発を行った。(4)損傷パラメータ解析のための非弾性応力解析において，応力反転がある場合の遷移クリープの取り扱いについて修正ひずみ硬化則を考慮できるようなサブプログラムの開発を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究は実験研究と解析研究の両者を含む。実験研究については、アルミワイヤの弾塑性構成式と遷移クリープ構成式を温度依存性を含む形で求めることに成功し、今後のWire-liftoff現象の非弾性有限要素解析に用いることができるようになった。また、ワイヤボンド部の疲労寿命を求めるための機械的疲労試験システムの構築は終わり、今後の実験に目処がついた。ダイアタッチ材として用いるはんだの機械的疲労試験についてはこれまで着手していなかったので今後の課題として残されている。解析については方法論は固まっているがプログラム化が遅れている。
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年度は本研究課題の最終年度であったが，コロナ禍の影響で研究の進捗に遅れが生じるとともに、研究経費にも残額が生じた。そのため、１年間の研究期間延長届を提出し、それが認められた。
2021年度には、研究課題の完成を目指して、以下の研究を実施する。(1)残された実験研究課題であるダイアタッチ材の機械的疲労試験を実施する。(2)残された解析研究課題であるΔT*を経路積分を用いて計算するプログラムおよび遷移クリープ域での取り扱いに関する修正ひずみ硬化則のプログラムを完成を目指す。
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| Causes of Carryover |
本年度はコロナ禍の影響で国内・海外出張ができなかったために次年度繰越金が生じた。この繰越金を下記のようにし使用する予定である。
(1) 論文掲載料、(2)コロナ禍で遅れが生じた実験のための消耗品の購入費。
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