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はんだ接合部の熱疲労寿命予測

目的

電子部品の製品寿命を左右するはんだ接合部の寿命を予測するため、数値解析を用いて熱疲労状態における 亀裂発生寿命を推定した。

方法

・計算モデル:対象となるはんだ接合部の評価に適した計算モデルを作成した。
・材料物性:Sn-3.0Ag-0.5Cu材であればハウスデータを使用し、その他の材料は顧客支給データを使用した。構成則は弾塑性クリープ材もしくは弾性クリープ材とする。これらの物性値取得試験も行った。
・数値解析;実際の熱サイクルパターンを入力条件とし、汎用FEMソフトを用いた数値解析を実施した。
・寿命予測:材料の疲労試験結果と上記数値解析結果より、はんだ部のき裂発生寿命を推定した。

試験装置・ソフト

・計算ソフト:汎用FEMソフト ABAQUS
・材料物性取得試験:精密万能試験機、高温弾性率測定装置、油圧サーボ疲労試験機など

結果

・数値解析により、はんだ接合部のき裂発生部位(非線形ひずみ範囲が最大となる部位)を把握する事が出来た。
・数値解析結果を疲労試験結果に適用することにより、はんだ接合部のき裂発生寿命を予測する事が出来た。

お客様の成果

製品形状改良時や部品の材料構成変更時などに、実際に試作・試験をすることなく、数値解析ではんだ接合部の熱疲労寿命を予測することができ、電子部品の製品設計に貢献することが出来た。

イメージ ※クリックすると拡大します。

  • 図1  計算モデル
  • 図2  計算結果:非線形ひずみ範囲分布
  • 図3  計算結果:評価部位の相当応力―非線形ひずみ線図

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