2015 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), 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 |
微小はんだ試験片の室温での引張試験では，同一の負荷条件であっても，応力-ひずみ曲線が高応力域に至る高強度のものと低応力域に留まる低強度のものの2つに分かれる傾向が確認された．その原因について考察するために，試験後の試験片内部組織を，高強度の試験片と低強度の試験片のそれぞれについて観察し，それらを比較した．その結果は，成長方向と負荷方向の成す角が水平・垂直に近い初晶デンドライトが多く分布している試験片が，高強度を示す傾向にあることを示唆するものであった．このような傾向は，室温以外の温度においても認められるのかを調査するために，ペルチェ温度コントローラセットを用いて恒温槽の製作も行った．また，微小はんだ試験片の繰返し負荷特性を調査するために，専用の試験装置の設計・製作も行った．現段階で，恒温槽では低温の保持能力に問題があるため，その改善が必要となっている．繰返し負荷試験装置では，微小試験片のつかみ部に問題があり，今後はつかみ具と試験片形状を見直す必要がある．
一方，現在はんだ接続部の品質保証試験として実施されている熱サイクル試験の加速試験として，高加速寿命試験(HALT)を応用するためには，HALTではんだ接続部に生じるクリープひずみ量を有限要素解析(FEA)で推定する必要がある．しかし，熱サイクルに高速の繰返し負荷を組み合わせるHALTのFEAを実施する場合，計算ステップの時間増分を極めて小さくする必要があり，その実施は困難である．そこで，模擬はんだ接続部に熱サイクルと繰返し負荷を組み合わせて与えるFEAを，繰返し負荷のひずみ速度を変えた数種類の負荷条件で実行した．そして，はんだに生じるクリープひずみとひずみ速度の関係を調査することで，熱サイクルにHALTのような高速の繰返し負荷が組み合わされた際に，はんだ接続部で生じるクリープひずみ量を推定する方法について検討した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
現在，微小はんだ試験片の変形特性を様々な温度で調査するために，ペルチェ温度コントローラセットを用いて恒温槽を製作している．また，微小はんだ試験片の繰返し負荷特性を調査するための装置も製作している．しかし，恒温槽では低温の保持能力に問題があり，繰返し負荷試験装置では微小試験片のつかみ部に問題がある．今後も恒温槽の改良とつかみ具と試験片形状の見直しが必要であることから，「やや遅れている」と評価した．
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| Strategy for Future Research Activity |
研究代表者は，高精度のFEAを実行するために，汎用FEAソフトANSYS用のユーザーサブルーチンプログラムusermatを現在までに作成している．このプログラムを用いて，同負荷条件での解析を計算時間ステップを変えて実行したところ，応力レベルや非弾性ひずみに差はみられず，高速・高精度での解析が可能であることが判明した．しかし，その一方で，非弾性ひずみ中の塑性ひずみとクリープひずみの割合が、計算時間ステップの大きさにより異なることが判明した．今後は，この問題を解決するために，新たなクリープひずみ増分の算出法について検討し，その結果に基づいてusermatプログラムを改良する．これと並行して微小はんだ試験片の力学特性についてより詳細に調査し，解析に必要な材料パラメータを導出する．そして，改良したusermatプログラムと導出したパラメータを用いたFEAを実行し，その結果に基づいて，HALTを熱サイクル試験の加速試験として応用する方法について考察する．
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| Causes of Carryover |
微小はんだ試験片を確実にチャッキングするために，試験片形状とつかみ具について慎重に検討する必要があった．すなわち，微小はんだ試験片の鋳造に用いる専用の鋳型と，つかみ具の設計に十分な時間をかける必要があった．本年度内には，これらの製作に至ることができなかった．このため，その製作費を次年度に使用することにした．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
まず試験片用鋳型とつかみ具の設計を完了し，必要な部品の購入および加工費として，本年度に生じた残額を使用する予定である．請求した次年度の助成金は，成果発表，FEAソフトのライセンス更新料，装置使用料，研究補助に対する謝金などに使用する予定である．
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