塑性・クリープ分離法による環境調和型電子実装基板の最適構造設計シミュレーション

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鉛フリーはんだのクリープ成分記述の検討昨年度提案した応力-弾塑性ひずみ曲線の導出法を用いて,鉛フリーはんだ材の応力-ひずみ曲線に含まれるクリープひずみ成分を抽出し,これを正確に記述するクリープ構成則について検討した.このクリープ構成則は,クリープひずみを遷移および定常クリープひずみの和で表す型とした.定常クリープ則には,より広い応力範囲に適用できるGarofalo則を用いた.遷移クリープ則には,遷移クリープひずみ速度が定常クリープひずみ速度に比例し,遷移クリープひずみの発達により0に収束する構成則を提案した.さらに,ここで提案したクリープ構成則の材料定数を3種類のひずみ速度による引張試験と,その後のひずみ保持により実行できる応力緩和試験から決定する方法も提案した.これにより,長時間におよぶクリープ試験を実行することなく,鉛フリーはんだのクリープ特性を評価することが可能となった.微小領域での鉛フリーはんだの変形特性に対する塑性・クリープ分離法の適用性の検証電子パッケージのはんだ接続部は微小サイズであるため,鉛フリーはんだの微小領域での変形に対する塑性・クリープ分離法の適用性を検証した.すなわち,Sn-3.0Ag-0.5Cuを用いて,マイクロビッカース試験機を用いた圧子押込試験で微小領域でのクリープ特性を評価し,これをバルク試験片の応力-ひずみ曲線に塑性・クリープ分離法を適用して得たクリープ特性と比較した.また,同負荷条件での引張試験後にSn-3.0Ag-0.5Cu材とSn-37Pb材の試験片表面の微視的観察を行い,観察結果と塑性・クリープ分離法で評価した各材料の変形特性との関係も調べた.これらの結果,塑性・クリープ分離法から得られる情報は,微小領域でのクリープ特性や結晶粒内でのすべり変形・粒界すべりなどの微視的な変形形態の予測に適用できる可能性があることが判明した.