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

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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.