熱応力下の異方性異種材界面き裂の応力拡大係数解析

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12650091
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 池田 徹 九州大学, 大学院・工学研究院, 助教授 (40243894)
• キーワード: 破壊力学 / 界面 / き裂 / 応力拡大係数 / 熱応力 / 異方性 / エレクトロニクス実装 / 仮想き裂進展法

研究概要

異種材界面き裂の応力拡大係数は、電子デバイスや接着構造物、複合材料の強度信頼性評価のために重要なパラメータであるが、それを求めるには有限要素法などの数値解析を行う必要がある。しかも、異種材界面き裂の評価には、破壊モード、残留応力、異方性などの考慮が必要となる。本研究では、残留応力や熱応力の影響を受ける異種材界面き裂の応力拡大係数を、有限要素法を用いて簡便に解析する手法を開発し、電子デバイスなどの界面はく離問題に応用することを目的とした。
そのために,本研究では,次のような研究を行った。
(1)異種材界面き裂の応力拡大係数を精度良く求めるために,有限要素法解析に対して,仮想き裂進展法を適用する手法と,Crack Closure Integral法を適用する手法を開発し,いずれも数値解析手法としては最高の精度で異種材界面き裂の応力拡大係数が解析できることを示した。
(2)異種材界面き裂の応力拡大係数を用いて,異種材界面き裂の屈曲方向予測を行うモデルを開発し,異種材界面き裂の屈曲方向の予測が行えることを示した。
(3)異種材界面き裂の応力拡大係数を電子デバイスの剥離に応用する手法を開発した。
(4)異方性異種材界面き裂の応力拡大係数を求めるために必要な,異方性弾性解析のための二次元一般化平面ひずみ有限要素法にプログラムと異方性異種材界面き裂のき裂先端の漸近解を計算するプログラムの開発を行った。これらを用いてまもなく異方性異種材界面き裂の応力拡大係数の解析が行える予定である。また,この解析値の精度を評価するために遠方で応力を受けるような,中央異方性異種材界面き裂を持つ半無限接合板の応力拡大係数の理論解を導いた。

研究成果

• [文献書誌] 池田 徹, 菰原 裕二, 中村 敦, 宮崎 則幸: "混合モード界面き裂の破壊と屈曲条件"日本機械学会論文集(A編). 66(644). 796-803 (2000)
• [文献書誌] 李 徳甫, 池田 徹, 宮崎 則幸: "エポキシ樹脂2相接合継手におけるき裂損傷域分布"日本機械学会論文集(A編). 66(645). 939-945 (2000)
• [文献書誌] Toru ikeda, C.T.Sun: "Stress Intensity Factor Analysis for an Interface Crack between Dissimilar Isotropic Materials under Thermal Stress"Damage and Fracture Mechanics. VI. 63-72 (2000)
• [文献書誌] 池田 徹, 菰原 裕二, 宮崎 則幸: "プラスチックパッケージにおける界面き裂のはく離限界"日本機械学会論文集(A編). 66(648). 1533-1540 (2000)
• [文献書誌] Toru Ikeda, Yuji Komohara, Atsuhi Nakamura, Noriyuki Miyazaki: "Kinking out of a Mixed Mode Interface Crack"Key Engineering Materials. 183-187. 73-78 (2000)
• [文献書誌] 池田 徹, 上野 雄也, 宮崎 則幸, 伊東 伸孝: "LSIプラスチックパッケージのはんだリフロー割れ防止設計法の検討"エレクトロニクス実装学会誌. 4(1). 47-55 (2001)
• [文献書誌] Toru Ikeda, Noriyuki Miyazaki, Yuya UENO, Nobutaka Ito: "Design for Plastic Packages of LSI Chip to Prevent Cracking during solder Reflow Process"Proceedings of the InterPACK 2001 on CD-ROM. IPACK2001-15611. (2001)
• [文献書誌] 宮崎則幸, 池田 徹: "界面強度研究の最近の動向"日本機械学会誌. 104(993). 508-509 (2001)
• [文献書誌] 池田 徹, 桑原 崇, 金 シ元槿, 宮崎則幸: "異方性導電樹脂接合部の接合強度の測定"九州大学応用力学研究所研究集会報告・電子デバイス/微小構造の強度信頼性. 63-70 (2001)
• [文献書誌] Toru Ikeda, Daisuke Ikemoto, Deokbo Lee, Noriyuki Miyazaki: "Damage Mechanics in Thin Adhesive Layer Constrained by Hard Adherends"Computational Mechanics : New Frontiers for the New Millennium. 1. 631-636 (2001)
• [文献書誌] Toru Ikeda, C.T.Sun: "Stress Intensity Factor Analysis for an Interface Crack between Dissimilar Isotropic Materials under Thermal Stress"International Journal of Fracture. 111. 229-249 (2001)