マイクロサイズ力学特性評価法の確立と鉛フリーはんだ材の物性解析

无铅焊锡材料微尺寸力学性能评价方法的建立及物理性能分析

基本信息

批准号：
17686060
负责人：
苅谷義治
金额：
$ 12.56万
依托单位：
Shibaura Institute of Technology (2006-2007)National Institute for Materials Science (2005)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

BGA(Ball Grid Array)バンプ1個のサイズ(500μm×500μm)の力学特性評価用Sn-3Ag-0.5Cu微小はんだ接合試験片を作成し,その力学特性を評価し以下の結果を得た.(1)せん断・応力緩和試験により1回の力学試験で微小はんだ接合体の弾塑性クリープ構成方程式を効率よく且つ精度良く求める手法を開発した.(2)この手法により得られた力学特性を用いてFEMによる微小はんだ接合体の疲労寿命解析を精度良く行えることを確認した.(3)FEMによりSn-3Ag-0.5Cu微小はんだ接合の疲労変形解析を行う場合,力学特性を表現する構成式により低サイクル疲労寿命予測式であるManson-Coffin則の疲労延性指数が変化することがわかり,低ひずみ側の寿命に大きな差が現れることが明らかとなった.(4)これは,応力の計算精度によるもので,Sn-3Ag-0.5Cu微小はんだで現れる移動硬化現象を正しく表現出来ない場合,低ひずみ側の応力を大きく評価し,その結果非弾性ひずみを小さく算出することによる.(5)従って,FEMによるSn-3Ag-0.5Cu微小はんだ接合部の応力・ひずみ解析には,応力を最も精度良く再現出来る移動硬化則を用いた弾塑性クリープ解析が最も適していることが明らかとなった.(6)これらの手法を用いて,低サイクル疲労寿命におよぼす保持や周波数の影響を調査したところ,微小体積では周波数や保持は寿命に影響を与えないことがわかった.(7)これは,き裂進展を加速する粒界がほとんど無い特徴的な組織によるものであることがわかった.

BGA（球栅）我们制作了一个凸块大小（500 μm x 500 μm）的 Sn-3Ag-0.5Cu 微焊点测试片用于机械性能评估，并对其机械性能进行了评估，得到了以下结果。 (1) 我们开发了一种使用剪切和应力松弛测试在单次机械测试中有效、准确地确定微焊点弹塑性蠕变本构方程的方法。 (2) 使用该方法获得的力学结果。我们确认，利用 FEM 可以高精度地进行微型焊点的疲劳寿命分析 (3) 当使用 FEM 对 Sn-3Ag-0.5Cu 微型焊点进行疲劳变形分析时，需要表达机械性能。发现低循环疲劳寿命预测公式Manson-Coffin定律的疲劳延性指数根据本构方程而变化，低应变侧的寿命出现较大差异。 (4) 这是由于应力计算的准确性，如果不能正确表达Sn-3Ag-0.5Cu微焊料中出现的运动硬化现象，则可能会高估低应变侧的应力。 (5)因此，通过FEM对Sn-3Ag-0.5Cu微焊点进行应力/应变分析，可以以最高精度计算应力。很明显，使用可再现运动硬化定律进行弹塑性蠕变分析是最合适的。 (6) 使用这些方法，我们研究了保持力和频率对低周疲劳寿命的影响，结果发现频率和保持力没有影响。 (7) 发现这是由于几乎没有加速裂纹扩展的晶界的特征微观结构。