すず・銀系鉛フリーはんだバンプの疲労寿命予測とエリアアレイパッケージへの適用

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12650089
• Research Institution: Yamaguchi University
• Principal Investigator: 上西 研 山口大学, 工学部, 助教授 (50177581)
• Keywords: 鉛フリーはんだ / はんだ接合部 / 疲労 / 任意曲線法

Research Abstract

すず・銀系鉛フリーはんだバンプが受ける疲労・クリープ損傷について詳細に調べるため、分解能50nmの超高精度マイクロフォース試験機を用いた新しい高精度疲労試験システムを開発した。そして本システムを用いて、Sn-Ag系鉛フリーはんだ接合部の疲労強度特性について詳細に調べた。具体的には、まずBi量を変化させたSn-Ag-Bi系はんだ接合部の一連の疲労試験を行い、疲労き裂発生・進展寿命に及ぼすBi量の影響について調べた。また、同時に任意曲線損傷変数法によるはんだ接続部のき裂発生・進展解析に必要な繰返し応力-ひずみ曲線およびクリープ・疲労損傷に関するデータを3種類の繰返し周波数(1Hz,0.1Hzおよび0.01Hz)に対して採取した。また、クリープ・疲労試験中のき裂発生・進展挙動の観察・測定が非常に重要であるので、現有設備のCCDカメラ付き実体顕微鏡と画像処理ボードを組み込んだパーソナルコンピュータからなるき裂発生・進展モニター記録システムとSEM観察とを併用して、き裂発生・進展メカニズムに及ぼす微視組織の影響を詳細に調べた。さらに、上述した実験観察に基づいて、Sn-Ag-Bi系鉛フリーはんだのクリープ・疲労損傷を統一的に表現できる損傷変数の発展を組み込んだ支配方程式を常微分方程式の境界地問題に帰着させて解くことを念頭において導出し、任意曲線法をさらに拡張発展させた。この理論をこれまで開発してきたプログラムに追加し、鉛フリーはんだバンプ単体およびエリアアレイパッケージの疲労寿命予測を行った。そして、これらの解析結果と実験結果とを比較することにより、本予測法の妥当性を確認した。

Research Products

• [Publications] Ken Kaminishi: "Prediction of the fatigue crack growth life in microelectronics solder joints"Mathematical Modeling and Numerical simulation. Vol.19. 23-38 (2001)
• [Publications] 上西 研, 安藤竜馬: "任意曲線法による三次元弾型性解析"日本機械学会論文集A編. 67巻654号. 244-251 (2001)
• [Publications] Ken Kaminishi: "Prediction of the fatigue life in lend-free microelectronics solder joints"Proc. Int. Conf. Computational Engineering & Science. (CD-ROM)No.213. (2001)
• [Publications] Ken Kaminishi: "Numerical analysis of fatigue crack growth in Pb-free microelectronics solder joints"Proc. European Congress on Computational Method in Appliod Science. (CD-ROM).