2014 Fiscal Year Research-status Report
微細はんだ接続部のクリープ・ラチェット挙動解析による品質保証HALT法の開発
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26420005
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| Research Institution | Akita University |
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Principal Investigator |
大口 健一 秋田大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30292361)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 微細はんだ接続部 / 高加速寿命試験(HALT) / クリープ / ラチェット / FEA |
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| Outline of Annual Research Achievements |
微細はんだ接続部の有限要素解析(FEA)を高精度で実行するには，はんだの変形特性を微小試験片で調査する必要がある．微細はんだ接続部のFEAでは，Cu/Sn系金属間化合物(IMCs)の存在を考慮する必要があるため，IMCsの変形特性も調査する必要がある．そこで，長さ2mm，外径0.5mmの標点部をもつ微小はんだ試験片の引張試験を，精密電動アクチュエータを組込んだ小型引張試験装置を用いて室温で行った．その結果，微小はんだ試験片の応力-ひずみ曲線は，同一の負荷条件であっても，高応力域に至るものと低応力域に留まるものの2つに分かれることが確認された．また，同じ試験装置を用いて，上述の微小はんだ試験片の外側にCu/Sn系IMCs層とCu層を設けた微小複合材料型はんだ試験片(MCS試験片)の引張試験も行った．その結果は，Cu/Sn系IMCs層が塑性変形能を有することを示唆していた．
これらの引張試験と並行して，微小はんだ試験片とMCS試験片の繰返し負荷試験を様々な負荷条件で行うための装置についても検討し，温度管理にペルチェ温度コントローラセットを，負荷装置にピエゾアクチュエータを用いる装置を設計した．現在，この装置を製作中である．
一方，微細はんだ接続部のFEAを高精度で実行するためには，はんだの非弾性変形が正確に記述できる構成モデルを用いることが必須となる．そこで，研究代表者が提案している弾・塑性・クリープ構成モデルの応力積分アルゴリズムを構築し，これに基づいて汎用FEAソフトANSYS Ver. 15.0用のユーザサブルーチンプログラムusermatを作成した．作成したusermatの有用性を検証するために，鉛フリーはんだのバルク試験片の材料定数を用いて，引張・圧縮繰返し負荷のシミュレーションを実施した結果，実験結果との良い一致を確認することができた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
今年度は，高分解能変位計からの出力をフィードバック信号として，ひずみ速度制御での微小はんだ試験片の引張試験を実施可能とする試験システムを構築した．そして，これを用いて，微小はんだ試験片の応力-ひずみの特徴を明らかにした．また，汎用FEAソフトANSYS Ver. 15.0用のユーザサブルーチンプログラムusermatを作成し，その有用性を確認するなど，一定の成果を得ることはできた．しかし，恒温槽および繰返し負荷試験装置の製作が遅れており，種々の温度で微小はんだ試験片の変形特性を調査するところにまでは至っていない．このことから，「やや遅れている」と評価した．
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| Strategy for Future Research Activity |
ペルチェ温度コントローラセットを用いた恒温槽と，ピエゾアクチュエータを用いた繰返し負荷試験装置の製作を急ぎ，種々の温度における微小はんだ試験片の変形・疲労特性を調査する．そこで得た試験データから，ANSYSに組み込んだ弾・塑性・クリープ構成モデルで用いる材料定数を決定する．また，クリープひずみを用いた疲労寿命予測式の導出も試みる．そして，電子実装基板の品質保証試験として現在行われている熱サイクル試験のFEAを実施し，熱サイクル試験におけるクリープひずみの発達挙動について検討する．さらに，高加速寿命試験(HALT)を想定した，熱負荷と繰返し負荷を組み合わせた試験のFEAも実施し，その結果を熱サイクル試験の解析結果と比較する．この結果に基づき，熱サイクル試験の加速試験と成り得る，熱・繰返し負荷組合せ試験の負荷条件について考察する．
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Research Products
(1 results)
