電子デバイス内微細はんだ接続部の温度変動統一型非弾性構成式による力学的評価

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電子デバイスは宇宙空間、自動車のボンネットの中等、過酷な温度変動条件下で使用されることが多い。したがって本研究では、最初に、このような条件下での非弾性変形特性を記述できる統一型非弾性構成式の定式化を試みた。まず、一定温度での繰返し負荷を与えた後、異なった温度で同一のひずみ振幅の繰返し負荷を与えた場合の実験結果に着目し、そのような変形過程における等方硬化変数と移動硬化変数の挙動を解析した。その結果、等方硬化変数は一定温度での繰返し変形過程においてはほとんど変化せず、また温度をいったん他の温度に変更し繰返し変形を与えた後にもとの温度に戻した場合にも変化しないことが明かとなった。これに対し移動硬化変数は、一定温度の繰返し過程で軟化するのみならず、温度変動時に複雑な挙動を示すことが明らかになった。かなわち、移動硬化の大きさを表す変数は、温度変動時には、その温度での処女材に対する値との比を一定に保ように変化し、その結果温度変動履歴依存性を生じることがわかった。このような知見を移動硬化変数及び等方硬化変数に対する発展式に組み込み、最終的な統一型非弾性構成式を定式化した。次に、上述の構成式および弾性定常クリープ構成式を汎用有限要素法プログラムに組み込んで、TSOP/PCB接続部の熱応力解析を行った。解析対象には1本のリ-ド接続部だけのものと、基板の変形の影響を見る目的からTSOPとPSB接続部全体の4分の1のモデルの2種類を選んだ。荷重条件には電子デバイスの信頼性試験によく用いられる温度サイクル試験(-50℃ 30分, 150℃ 30分の繰返し)の温度プロファイルを直線近似して与えた。解析の結果、応力の見積もりに関し基板の変形を考慮することが重要であり、また定常クリープ理論では繰返しのヒステリシスループの表現精度が十分ではなく、寿命評価の際の誤差要因になりうることがわかった。