Page 1 558 日本機械学会論文集(A編) 64巻619号(19983) 電子

558
論文N0.97-0228
日本機械学会論文集(Ａ編)
64巻619
W1998
3)
電子デバイスはんだ接合邦の熱疲労強度における
解析・実験ハイブリッド評価*
(第２報,機械的疲労試験による評価)
強竺白鳥正樹竺金子誠史*2
于
石原達也゛3，王 樹 波＊3
Analytical
and
Experimental
Hybrid
Study
Electronic
【211d
So】der
Rcpnrt，Evaluati,ln
Qiallg
lly
YU，
An
is(jthcrmah!lechallical
cljclepstrain)iIHhe
adualrll'(Jf
colUrolHng
the
: only
nllly rre叩sll･ain
fatigu(り.est metllod
and
fatigue
KANEK0。
testillg e【luipmellt were
c()111r,ll]edby the displacemcnt
is(jthel･lmll mechanicill
higll displaccmcnt
genel･ated
altiguc
l-;lle，
allrhl
illlhc solder joints aohe
l･ate. lt is foulld that the low
cyde
Tests)
1VANG
strcll以h or S11-llb cutectic s〔〕ldcr
j,liIUs. 1仙sd
pl;lslic straill was
;11 1he low
of
(plastic
ratc
tests were
vel･y low
high
developed
upnlHhe
of thc linear-
carried
displacement
by the nllio or illcl;lsljcc(lmp｡11ents.Thcrefore，it
can
of
stl-ain and
nut
displacement
fatigue life of Sjl-Pb
to
rcsults
by
rate，
rate, and
eutectic
solder
he said that the
cyc]c faliMlle lifc c;111bc esti111aled fl-ollU]le elluhjillellLillelaslic strain range, alld the relatiollship
(･f tllc cycles
mechanical
to fjlure
an(1 1hc slraill range
fatiglle strength
rcs111ts wilh
111(ヽCh;ltliCal
fati限IC test nlethQd
sll‘ellglhof S11 Pb
XQ･
Shubo
eqllipmellt.Thc
Strength
Fatjgue
it is f｡ulld tlull lllc l･;11e。r illel;lslicsll･;lill
c omlj,mcllls
joilll.sis llnl gl･e;llty alTected
law
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and
11K 【li印hlcelllelln11 ;l very
respecLivcly
SHIRATORI，
solder joillts can bc accurately
test
Fatigue
Mcchanical
ISHIHARA
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Thermal
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Masaki
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solder
lro,･d｡: Micl･oeledl･,111ic
Low
fnllows
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the
found
that the
fol･the thermal
fatigue
j｡ints.
So]del･ Join1， Thel･maI
ドatiguc，FilliLe
Elemellt
Fatiglle Stl･e,lgth，MechanjcaI
MeL11od，Accelerated
Tesﾋ，Straj11
Fatigue
Test。
Rate
行わなければ．平均温度あるいは最高保持温度などの
1.は じ め に
影響を考慮した強度評価則を用いてはんだの熱サイク
SII-･￨'b共品はんだ材料は室温においても顕著なク
ル疲労寿命を評価しなければならない．
リープ特性を有するため，熱サイクル負荷を受けると
著者らは本研究の第１報においてはんだ材料の特性
き，はんだ接合部に繰返して生じる非線形ひずみによ
(降伏応力，クリープ特性など)の温度依存性,温度変
ｰ]て低サイクル疲労が発生する．共晶はんだの熱サイ
化時間および温度保持時間において生じるクリープ挙
クル疲労強度評仙i法に関してCollin
励を考慮した応力・ひずみ評価を正確に行うことによ
正Conln
Mallsoll Ull，
修
Manso11則．あるいはひずみレンジ分割法，
って，修正Co伍n-Manson則ではなく，次式のような
ひずみエネルギー分力￨｣法などが提案されてき
Com11-Manson則によってはんだ接合部の低サイク
が1･-¨j.それぞれの強度HI｣の相違ははんだ接合部の
ル熱疲労強度を評価することができるとの結論を得
応力・ひずみの評価方法によるものが大きいと考えら
た51.
れる．例えば応力・ひずみ評価解析においてはんだ材
M＝1/2(JEゆ./ε,,)"…………………………く１)
料の￨時￨141依存性(クリープ特性)を正確に考虚していな
ただし.∠1.．は温度サイクルの周波数と試験温度
ければ，周波数などの影響を考慮した強度評価則を用
などの影響はすべて考虚した応力・ひずみ解析から得
いてはんだの熱サイクル疲労寿命を説明する必要があ
られたはんだ接合部ひずみ集中部に生じた相当非線形
る．また，はんだ材料の温度依存性を考虚した解析を
ひずみ振幅である．
はんだ接合部の熱疲労強度について検討するとき，
／
１原稿愛付 1鼎7年２ｊｌり目.
直接に熱衝撃試験機を用いて熱サイクル試験を行っ
常盤が)．
て，強度評価を行うことが考えられる．しかし，熱衝
4:4
横浜国立だ'Iリ石端 j現：京l=一刈株)に
砺朗Iいズヅ九万ぷ
撃試験機では高温と低温の保持温度を比較的正確に制
一
幻
り．Ｌ’．．Ｌ
'1｣￨ﾐ!11，横浜III立大j?,ll‘･iり11(暴2,1U
S5(11横浜市保JIケ６区
Ｈ一一
559
電子デバイスはんだ接合部の熱度労作度におけろ解析・実験ハイブリッド評価（第２報）
御することができるものの，高温から低温へ，低温か
疲労強度を評価することができるとの結論が得られ
ら高温への温度変化時間を制御することが難しい．ま
た．この結論は同時に一定温度においてはんだ接合部
た，はんだ接合邦の構造と形状が決まると，異なる疲
に機械的繰返し負荷を与え、熱サイクル負荷を受ける
労寿命の試験を行うために，温度レンジを変えなけれ
はんだ接合邦に生じる繰返し非線形ひずみをシミュレ
ばならない．コンプレッサが低温源になる熱衝撃試験
ートすることによって、はんだ接合部の熱疲労強度を
機の低温側の最低温度は約一60でまでであるため，大
評価することができると示唆している．本報では、共
きい温度レンジの熱サイクル試験を行うとき，しばし
品はんだ接合邦のjE。と∠1ε9による低サイクル疲
ば高温側の温度を125°C∼15『Cまで設定することが
労強度を訓べるためにづまんだ接合邦に生じるひずみ
ある．しかし，共晶はんだの融点は183でで,･一般の
速度および非線形ひずみ成分の比を正確に制御できる
使用温度は20で∼8『Cであることを考えると，上記の
機械的疲労試験法(ひずみ成分分割法)を提案した．ま
ような熱サイクル試験条件の妥当性について考え直す
た、マイクロはんだ接合邦の機械的疲労試験を行うた
必要がある．
めに、マイクロ構造の疲労試験機を開発した．問発し
熱サイクル試験ははんだ接合邦の熱疲労強度の加速
た試験機を用いてはんだ接合邦の変位制御形の疲労試
試験法として利川されているが，はんだ接合部の実際
験を行い、賢なるひずみ速度で行われた試験でバュん
使用条件のシミュレーション試験として使われろこと
だ接合邦に生じる非線形ひずみの成分を制御し、その
は少ない．これは，実験使用条件でのはんだ接合邦の
実験結果をｍいてはんだ接合邦の疲労寿命に及ぼすひ
疲労寿命は最低104サイクル以上となるように設計さ
ずみ成分の影響を明らかにし、繰返し塑性ひずみと繰
れる場合が多く，温度サイクル試験の１サイクルに要
返しクリープひずみによってはんだ接合部に与えられ
する時間は短くても約20分であるためにO（リーイクル
るダメージの特性を明らかにすることを目的とした．
の試験を行うためには多大な労力と時間が必要とされ
さらに、機械的疲労試験と熱サイクル疲労試験の相関
ることによる．
関係について検討し、熱サイクル疲労試験の加速試験
近年になって，熱疲労試験の代用として，等温機械
として機械的疲労試験の妥当性について確認した．
疲労試験法が提案された回夙 しかし数百ミクロンの
２
マイクロはんだ接合構造の強度信頼性評価を行うため
機械的疲労試験機および
試験法の開発
には，最低0.1ミクロンの変位制御精度を有するマイ
クロ構造の強度評価試験機が必要とされている．この
2･I 試験機 機械的加速試験の特徴として以下
精度を満足するためには従来の強度試験機の技術だけ
の点を挙げることができる．
では難しい．また，機械的疲労試験と熱サイクル疲労
い）熱サイクル試験より非常に幅広い試験速度
試験の相関関係についてあまり論理的に議論されてい
（試験時間）で試験を行うことができる．
ない．温度サイクル負荷を受けるはんだ接合邦に生じ
（２）はんだ接合邦に与えるひずみ速度は正確に幅
る繰返し非線形ひずみの成分（クリープひずみら･と
広く制御することができる．
塑性ひずみりJの比が温度変化速度などに影響され
印）ひずみ速度を旧派に制御することによっては
るが,基本的にら成分に占められている．しかし，
んだ接合郎に生じる非線形ひずみ成分の比を正確に:･
機械的疲労試験を受けるはんだ接合邦に生じる非線形
ントロールすることができ，各ひずみ成分（ら･,ごぶ
ひずみにはほとんどら,成分が占められる．一般的な
によってはんだ接合邦に与えるダメージの相違を調べ
高温材料の低サイクル疲労強度は非線形ひずみの成分
ることができる．
に大きく影響されるものが多く，∠趾．と∠叫バこよる
（ｎ ―定温皮下においてはんだ接合部に任意のひ
低サイクル疲労強度をそれぞれ評価しておかなければ
ずみレンジを与えることができる．それによって熱サ
ならない．しかし，共晶はんだ接合部のｊら,と∠ls｡．
イクル試験で与えることができない大きい，または小
さいひずみレンジでの試験結果（疲労寿命）を得ること
研究はほとんどない．
ができる．
本研究の前報において，はんだ材料の特性（降伏応
マイクロ構造の疲労試験は荷垂訓御形試験，および
力，クリープ特性など）の温度依存性などを考慮した
変位制御形試験の２種類に大きく分けろことができ
応力・ひずみ評価から得られた非線形ひずみ帽を用い
る．荷服制御は草本的にロードセルの精度に依存する
て，熱サイクルの平均温度などに関係なく統一した熱
と考えられ瓦幸いにしてフルレンジのI/5
疲労強度評価則によってはんだ接合部の低サイクル熱
正確な計測のできるロードセルが開発され,市販され
一
による低サイクル疲労強度について正確に検討された
15
0聞まで
560
電子デバイスはんだ接合宿の熱疲９強度における解析一実験ハイブリッド評価（第２報）
ている．しかし，電子デバイスのはんだ接合邦の疲労
と同じものを用いた．接着剤で試験片のパッケージ上
破壊はパッケージと基板の間に生じる線膨張のミスマ
部がチャックに，またプリント基板下郎がワークホル
ッチによるもので，はんだ接合部が受ける負荷は強制
ダにそれぞれ接着固定される．
変位モードに近い．そのため，はんだ接合邦の熱疲労
既に述べたように，マイクロはんだ接合部の変位制
強度のシミュレーシコン試験を行うとき，荷重制御よ
御形疲労試験では強制変位のストロークは非常に小さ
り変位制御により行われなければならない，しかし電
いので，その変位量の正確な制御および計測は疲労試
子デバイス部品とはんだ接合部の小形化のためにバよ
験の結果の信頼性に対して重要なことである．また，
んだ接合邦の変位制御形の試験を行う場合は，変位ス
試験機全体の変位発生部分の制御精度が十分であって
トロークをしばしばLOミクロン∼数十ミクロンに設
も，試験片周囲の構造の弾性変形の試験結果に対する
定することがある．そのため変位精度として０．５ミク
影響は無視できない．したがって，実際直接に試験片
ロン以上の制御が必要とされる．
に与える変位の出力としてアクチュエータの制御およ
本研究では，はんだ接合部の変位制御形の疲労試験
び計測は不十分である．そのため，本試験機では，試
をより正確に行える試験機を開発した．図１に試験機
験片に与える変位量は直接に試験片チャック間の相対
の外観と基本的性能を示す．試験機に接続された制御
変位を計測したものとする．計測はレーザ変位計を用
盤(操作パネル)で試験モード，変位速度，変位振幅，
いて行われた．ここで用いたレーザ変位計は東京精密
疲労試験の最大サイクル数などの設定を行う．試験時
製であり，その変位計測精度は0.C)I凹1である．マイ
はツークホルダを固定するテーブルが，試験機本体の
クロはんだ接合部の寸法は非常に小さいため，わずか
リニアアクチュエータにより左右方向に往復運動させ
な負荷でもはんだ接合の降伏および破断を招くことに
る．変位制御の場合は，本体に設置された変位計で最
なる．そのために，試験片のグリッピング方法は試験
大・最小変位量を計測する．試験片は熱サイクル試験
結果の信頼性を左右する要因の一つとして考慮する必
要かおる．ここでは，グリッピングによって試験片に
機械的マイクロ疲i･試験嘸の基本性能
与えるグリッピング負荷を避けるために，特別なグリ
最大変位ストローク：士10 nln1
変位精度：０,５μｍ
ッピングデバイスを設計し，試験片を固定するために
最大負荷:20 kgf
変位速度:0.01μm/s∼2mm/s
適用した.
試験環境温度:20°C
2･2 機械的疲労試験における非線形ひずみ成分分
割試験法 ここで述べる機械的疲労試験は熱サイク
Monilor
ル試験のシミュレーション試験としての性格を有する
ため，すべての試験は変位倒卵形で行われた．試験片
に与える変位量は，温度負荷を受けた場合のパッケー
ジとプリント基板の熱膨張のミスマッチの差を概算す
ることで求めた．また与える変位波形は，ひずみ速度
Adhesjve
を一一一定に制副するために，三角波を使用することとし
旭
機械的疲労試験のほとんどはサイクル周波数を一定
にして行われるものである．しかし，同じ周波数で異
なるひずみ振幅の試験を行うとき，試験片に生じるひ
ずみ速度が変わってしまうことが考えられる．例え
← Linearactuator
Displacement
ば,Ｄ．１
１ｈ でひずみ振幅Ｏｊ％と1.0％の機械的疲労
十δ
試験を行う場合は，0j％の試験片のひずみ速度は2.0
XLOI‰となるが，1.0％の試験片のひずみ速度は2.0
０
×1(ゾ/sになる．このひずみ速度の違いは強度試験
結果に対するひずみ速度の影響の正確な把握を妨げる
δ
ことが考えられる．
△δ:Dispjacementrange（μm）
Fig.I Deve］Qped isothermal
機械的疲労試験により，はんだ接合部の強度に対す
るひずみ速度の影響を調べるために，本研究では一定
mechallical fatigue test
eqllipmen1
周波数ではなく，一定ひずみ迷境で試験を行うことと
16−
電子デバイスはんだ接合邦の熱疲労強度における解析・実験ハイブリッド評価（第２報）
561
−----------------−
した．また，任意のひずみ速度で試験可能という機械
とした場合，はんだ材は降伏応力に達するため塑性ひ
的疲労試験のもう一つの特徴を利用して，著者らはは
ずみが生じる．クリープひずみを非線形ひずみ成分中
んだ接合邦に生じる非線形ひずみ成分の割合(塑性ひ
の5％に留めるには,全ひずみ速度を
ずみとクリープひずみの比)はひずみ速度に依存する
（３）
か＝らー×㈲o/5）
点に着目し，非線形ひずみ成分の割合を制御して行う
となるように設定して，機械的疲労試験を行えばよ
試験方法を提案した試験で用いる試験速度は試験片
い．機械的疲労試験は任意の試験速度で試験が可能な
に与える変位量と，後述する応力解析から求めた相当
ため，以上の考え方を適用することではんだ接合邦に
非線形ひずみ範囲の関係から，試験片に生じる非線形
おける非線形ひずみの成分を制御することができる．
ひずみが一定になるように算出することができる．
本研究では常温において図２に示す0.4％/sと
はんだ材のクリープ構成式をNorton則で記述され
0.C)03％/sの２種類のひずみ速度での機械的疲労試験
るものと仮定すると，各温度における最大クリープひ
を行い,疲労強度に対するひずみ速度とひずみ成分の
ずみ速度は，はんだ接合邦に生じる応力が降伏応力
影響を調べた.
心(9りよ達したとき，次のように求めることができる．
J-ベンド形リード部品について，機械的荷重を受け
どー.＝Eo(恥)“exp(−Q//?7)……………(2)
るはんだ接合部の応力-ひずみ解析を行い，ひずみ集
心＝(81.54−0.183
中点の解析結果を図３に示す．解析における境界条件
25×7)
上式におけるクリープ定数Eoとクリープ硬化指数
はパッケージ上部を拘束し，プリント基板下部に図中
引こついて，向井らの結果から各係数はEo＝3.29x
の左右方向に強制変位を与えるものである．与える強
10111/h]，Q/j?＝13
制変位の波形は三角波であ瓦すでに説明したよう
180.0，z2＝5.66×1(ビミ8゛-273)と
求められた巴図２に示すように，全ひずみ速度ト
に，ひずみ速度が大きい場合，はんだ接合邦に生じる
を塑性ひずみ速度らとクリープひずみ速度んの和
非線形ひずみ成分は塑性ひずみが支配的となる．一
として考えると，最大クリープ速度どΓΥnaxと比較して
方，ひずみ速度が小さい場合,接合郎に生じる応力は
全ひずみ速度どｒが小さければはんだ材は降伏応力に
達しないため，塑性ひずみは生じない．したがって，
はんだ接合部における全ひずみ速度を，最大クリープ
ひずみ速度より小になるように設定して機械的疲労試
験を行うことで，はんだ接合邦に生じる非線形ひずみ
成分をすべてクリープひずみとして扱うことが可能に
なる．また，はんだ接合部に生じる非線形ひずみ成分
を塑性ひずみとして扱うためには，次のような考え方
を適用すればよい.
仝ひずみ速度を最大クリープひずみ速度より大きい
（a）Λnalytical
model
of L bcn（ltype soldcr j
･nt
４０
A’
ryY゛
(s/t)h411JU!l!｣1slelo1
１０｀３
０ ０ ０ ０
rNXD・
ｃｍａｘ
︵edN)ssaJg
4s
s!W
uoA
lua一Ｉコー
￡
１０｀２
-10
１０
’４
２０
Ｊ-３０
１０’５
-４０
１ ０
-０,００４
’６
１００
-100
Fig.2 Relation
components
０
０．００２
０,００４
Equjvalent
inelastics train
２００
△δ＝60μm
Temperature（℃）
between
-０．００２
（♭）Analytical
resuns
the ratio of inelasLic strain
and tota］strain rate
Fig.3 Analytica］results
１７
for isothermal
fatigue tests
電子デバイスはんだ接合部の熱疲労強度における解析・実験ハイブリッド評価（第２報）
562
降伏応力に達しないため､非線形ひずみ成分のすべて
者の結果を非線形ひずみ幅が同じ場合において比較す
がクリープひずみとなる．
ると，繰返しクリープひずみ∠叫.による疲労寿命と
図４に示すのは機械的疲労試験で使用する変位量-
繰返し塑性ひずみ∠叫バこよる疲労寿命とで,大きな
相当非線形ひずみ幅の関係である.J-ベンド形とガル
相違が生じていないことが分かる．また，すべての結
ウィング形リードはともに、それぞれ弾塑性解析と弾
果はほぼ同一直線で近似できる．したがって，はんだ
頬性・クリープ解析の結果がほぽ一致していることが
接合部に生じる非線形ひずみ帽を用いてはんだ接合部
わかる．
の疲労強度評価を行うことで,Comn-Manson則に代
表される非線形ひずみ振幅と疲労寿命のべき乗則が成
疲労強度試験結果
３
立することがわかる．また，J-ベンド形リードとガル
ここでは室温(2{rc}において，図２に示した２種類
ウィング形リードにおける実験結果を比較すると，お
のひずみ速度(0.4％/s,0.003％/s)による機械的疲労
おむね両者の結果は同一直線で近似できるものと思わ
試験結果を用いて，塑性ひずみとクリープひずみが疲
れる．したがってこの結果はき裂発生点の非線形ひず
労強度に及ぼす影響について考察した．図２に示すよ
み福で強度評価を行う場合，はんだ接合部形状は疲労
うにはんだ接合邦に生じるひずみ速度が約0,4％/sで
寿命評価則に対してほとんど影響しないことを意味し
ある場合，はんだ接合部で生じる非線形ひずみは塑性
ている．
ひずみ成分のみであり，ひずみ速度が約0,00j％/sで
4.はんだ接合部の疲労強度評価法
ある場合ではクリープひずみのみが生じる．図５にそ
れぞれのひずみ速度で行われた実験の結果を示す．両
図６に機械的疲労試験の結果とともに熱サイクル疲
労試験の結果も示した．各ひずみ速度での機械的疲労
０,０６
Ｃ
ｇ
強度と熱疲労強度は良く一致していることが示されて
心』'Bcnd ￡1°l〕.4％/scc
口
・』'Be°d ；1･0,a】3％jsec
０．０５
く３
r］［r rl
0.04
０．０３
。-
oG“ll'゛･ing
i
▲G｀jll'｀″illg
i
命曲線で近似することができることを意味している．
○
1＝0,003％/sec
すなわち，正確にはんだ接合部に生じる非線形ひずみ
φ
を評価することができれば，はんだ接合部に生じる非
・
○
・−−ｉ
○
︵ｙ・
口４︰︼ロ
０．０２
いる．このことは，すべての強度試験結果を１本の寿
1＝(j.4％/sec
○
線形相当ひずみ幅を用いることによって機械的疲労試
験の結果から熱サイクル疲労試験の寿命を直接に予測
◇
○
‘一
することができるとの結論が得られた．
●
愚
禰９
0.01
○
Q6ue﹂1﹂!2
9J
!l
1s
sell
Qb
u9
l
!elo1
口
今まで得られた疲労強度の結果について，はんだ接
合部の疲労寿命とはんだ接合部に生じる非線形相当ひ
０
５０
０
１００
１５０
２００
ずみ振幅の関係を次式のように表すことができる．
Displacementrange△δ（μm）
（４）
ｙ＝１／２(ＪＧ９偏)″
ここで，∠馳白,ははんだ接合に生じる非線形相当ひ
F泌.,I Re］atinnof displacemelll alld cq. inclas伍丿出面
１'ａｎｇｅ
uibi
ω唄
一
−一
Obｺthgm副ａりしx3il＝0,003％/sas｛Jbald｝
一
一
4二ご
･･〃t〃ゝ
ﾒ１ １
■㎜
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−一一４一一噂･・
㎜■
＝川
1らII
Pll.いj
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０．０１
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ｎ
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こ蔓jl
−
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０．００１
１００
１０００
ぢ0.001
ト
１００００
口lsotherma日aligueら＝0,003％4ec
strength rcsults of isolerma］and
−−
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〃
一‐
4･
φ心。
●
１
S●
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一
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Ｍ
１００
肇J
1000
Cyclestofailure Nr
strength results of isothermal
thermal fatigue tests
18−
；
ｔ
●
Fig.6 Fatigue
thermal fatiguc tesl
｜
△Thermal fatique
Cyclestof日iltjra
NI
Fig.5 Fatigue
fl，0,4％/sec
｜
ｏ Ｃ!
nkハやhハΓγ7･りlf4rllgs
’ 一 nλQ/jF♂vＩ Ｊ ｌ ｌ コ
一一
・lsotherma目aligue
一
一
・blhamjraりueEI＝0,4％/i･Xμjbaxj）
０
一一
e6uEJu!l3
J!
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lb
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Jl
ls
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a91
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!o1
１
10000
and
９︼
電子デバイスはんだ接合部の熱疲労強度における解析・実験ハイブリッド評価（第
報）
563
ずみの振幅であり，ε,と万ははんだ接合邦の疲労強
ずみ解析と実験の結果から次のような結論が得られ
度特性である．しかし，はんだ接合邦に生じる非線形
た.
ひずみは場合によって要素分割に影響されることがあ
（い 共晶はんだ接合邦の低サイクル疲労強度はほ
りえる，そのため有限要常法解析から得られた最大ひ
とんどひずみ速度あるいは非線形ひずみ成分（塑性ひ
ずみ幅等を用いたComrManson則に基づいて，は
ずみとクリープひずみ）に影響されず,全非線形ひず
んだ接合邦の疲労寿命の絶対値を必ずしも疋確に評価
み振幅を用いてC
できないことがある．しかし,Comn-Manson則に基
できる．
づいてはんだ接合邦の加速強度試験の加速係数
（２）はんだ接合邦のき裂発生点の非線形ひずみ振
Ｎ川Ｎμは次式のように表すことができる．
yvﾀﾞl/j!yﾀﾞ2’（∠1ε。｡11με｡p,･J“
･in一一Monson則で整理することが
幅で強度評価を行えば，はんだ接合邦形状は疲労寿命
（５）
評価則に対して殆ど影響しない．
ただし，y1と荼2はそれぞれ加速試験(ケース1:
（３）機械的疲労強度と熱サイクル疲労強度とがよ
125∼−40°C)と使用条件(ケース2:65∼20で)の疲労
く一致し，正確にはんだ接合邦に生じる非線形ひずみ
寿命であり，Ｎｎ７Ｎｎを加速試験の加速係数とする.
を評価することができれば，はんだ接合部に生じる非
∠jQ91とJEゅ,バまそれぞれ加速試験と使用条件にお
線形相当ひずみ振幅を用いることによって機械的疲労
いて生じる最大非線形相当ひずみ幅である．∠に肖1
試験の結果で熱サイクル疲労試験の結果を直接に評価
とjE。.12はそれぞれの値は要素分割に影響されるこ
できる．
とがありえるが,∠7恥91ZjEゅ,むはほとんど要素分割
最後に，本研究遂行に際して試験片等をご提供いた
密度に影響されないことが確認されている．
だいた東芝研究開発センターの川上崇氏，向井稔氏に
また，図６に示された疲労強度試験結果から，強度
感謝の意を衷す．
線図の傾きを表す利ま約一2.0になっている．したが
文
って，疲労強度試験から得られる比較的に正確な,7と
有限要素法解析から得られる正確な∠沁肖1句心肖バこ
献
（ll S･lolllo11，1LD.，//771;/i 7’,wjJs.，CHMT剥･1）.（1986）
j123-,132.
（2）E印clIIljliEヽ,･，W｡/jy7･,’7｀,j｡j,s.，CIIMTI;（:n.（1!限
232
237.
数NjjNハを正確に評価することができることがわか
（３）和田元治・叱哨浩一上西研,機巍58
った．
ｊｊ
︱ｊ
よって，ほとんどのはんだ接合部の加速試験の加速係
5根Λ09咄.669-
675.
（4）Dls111ta，A..0yan，C.，Bakcr，D.jlnd
5.結 論
perhl，M｡
7j聊,s.j￡¶j/C,114，0992），152一一j60.
（5）手強・白鳥iF樹・ほか３名，機一役脳中．
Sn-Pb共晶はんだ接合部の低サイクル疲労破壊の
（６１北野誠・iill合末男・清水一男，機諭.56
メカニズムの解明と熱疲労強度評価の迅速化を図るた
525，A（1990）.
1140-ni7
〔7〕UeRai，T｡Tani.S.，111,nle.Λ.and￥oshi｡ka，S.，
めに，機械的疲労試験における非線形ひずみ成分の分
ﾒ1必1αil,･a･ j･Jj ￡&J!･垣丿訓‘1･ 乃,以I収il叱 EEP−voi.J-1
割法を提案した，マイクロはんだ接背部の機械的疲労
（199:1），jl!l:ト･19S,ASME.
（81 Jj･1井稔・ほか:4名，ICパツjJ’−ジ．･￨そⅢ接忿然の弾タリー-
試験を行うために，マイクロ構造の疲労試験機を開発
ブ解と疲労力命，日本機械･?会IN0.910
した．任意の速度で試験可能な機械的疲労試験の特徴
7!11 第一I 1･･J;IN･
算力学濡泄論文集.（1991-111，223-224.
を利用して，ガルウィング形,J-ベンド形リードのは
（9）P:ln，T-Y.，･･Thel･mnl
maljon
んだ接合部に塑性ひずみのみが生じる疲労試験とクリ
in Snlder
Cyclillg
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m;lti（）11 111 Surfac｛!Motlnl
ープひずみのみが生じる疲労試験を行った．応力・ひ
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Joillts,｀1 7jmjs.尤９Ｍ｀,ﾉ.
91･rj,･a｡み･/ja.･Z･,誓j,j￡113（1991），H-15.
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