表面実装部品の熱サイクル疲労強度評価法の開発

1994 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 05555031
• 研究機関: 横浜国立大学
• 研究代表者: 白鳥 正樹 横浜国立大学, 工学部, 教授 (60017986)
• 研究分担者: 于 強 横浜国立大学, 工学部, 講師 (80242379)
• キーワード: 表面実装 / はんだ接合 / 低サイクル疲労 / 熱サイクル疲労 / 弾塑性・クリープ解析 / 加速試験

研究概要

本研究は、はんだ接合された表面実装部品の熱サイクル疲労試験を実施し、はんだ接合部における破損発生の条件を求めるとともに、実用に供する際の安全性および信頼性を保証する強度評価法の確立を目的とする研究である。平成6年度では、平成5年度において実施したはんだ接合部の熱サイクル疲労試験の代用とする機械的疲労試験の試験機の開発、それを用いた表面実装部品の疲労強度試験の実施、表面実装部品およびはんだ接合部の応力解析システムの開発および正確な応力・ひずみ評価などを中心として研究を行なってきた。具体的に研究成果をまとめて述べれば、以下のようになる。
(1)はんだ接合部の熱サイクル疲労試験は非常に時間がかかるとの問題を克服するために、熱サイクル疲労試験の加速試験として考案した機械的疲労試験(isothermal fatigue experiment)の試験機の開発および製作を行った。
(2)機械的疲労試験機を用いて各種リ-ド形状を有するはんだ接合部の疲労強度試験を行った。試験結果は有限要素法解析の結果とよい一致を示した。さらに、試験結果からは試験片の疲労強度に対して、はんだ接合部に生じるひずみ速度に影響されることが分かった。
(3)平成5年度に開発した表面実装部品の熱伝導および熱応力の3次元有限要素法解析プログラムと汎用有限要素法解析プログラムと組合せることによって、はんだ接合部の弾塑性・クリープ解析を行うことができた。はんだ接合部に生じるひずみの各成分(弾性、塑性、クリープひずみ成分)を正確に評価することによって、各種疲労試験中にはんだ接合部に発生する破壊のメカニズムを把握することを可能とした。
(4)平成5年度と平成6年度に行った応力・ひずみの解析結果および熱サイクル試験の疲労強度結果を総合して、表面実装部品のはんだ接合部ののき裂の発生に対してクリープの影響の補正を行ったManson-Coffin則で評価できることを確認した。

研究成果

• [文献書誌] Masaki Shiratori: "A Benchmark Test of Computational Mechanics in Electronic Devices/Components" Proceedings of 1994 ASME International Mechanics Engineering Congress and Exposition. AMD-Vol.187. 63-72 (1994)
• [文献書誌] Qiang Yu: "Thermal Conduction and Thermal Stress Analyses of Surface-Mount Assembly with a Solder Joint Element" Proceedings of 1994 ASME International Mechanics Engineering Congress and Exposition. AMD-Vol.187. 205-211 (1994)
• [文献書誌] Masaki Shiratori: "Computational and Experimental Hybrid Approach to Creep-Fatigue Behavior of Surface-Mounted Solder Joints(in press)" Proceedings of the 1995 ASME International,Intersociety Electronic Packaging Conference&Exhibition. (1995)
• [文献書誌] Qiang Yu: "A Study of Mechanical/Thermal Stress Behavior due to Global and Local Thermal Mismatch of Dissimilar Materials in Electronic Packaging(in press)" Proceedings of the 1995 ASME International,Intersociety Electronic Packaging Conference&Exhibition. (1995)
• [文献書誌] Masaki Shiratori: "Analysis of Stress Intensity Factors for Surface Cracks in Thermal Stress Field(in press)" 1995 ASME/JSME Pressure Vessls and Piping Conference. (1995)