JP2012018107A - はんだ接合部の熱疲労寿命診断方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】はんだバルク試験片を作成し、この試験片で想定されるひずみ範囲の複数のひずみに対応する疲労寿命データを取得し、このデータからそれぞれのひずみに対応するき裂進展速度を求め、これらのき裂進展速度を用いてはんだ接合部のき裂長さに換算した熱疲労寿命曲線を作成し、この熱疲労寿命曲線を用いて数値解析で求めたはんだ接合部のひずみに相当する熱疲労寿命を推定する。
【選択図】 図1
Description
一般的に、有限要素法などの数値解析法を用いたはんだ接合部の寿命推定方法は、Coffin-Manson 則により整理されることが知られている。そのため、図5に示すように、数値解析によってはんだに発生するひずみを算出し〔図5(a)〕、はんだ試験片による低サイクル疲労試験で取得した疲労寿命データから疲労寿命曲線を作成し〔図5(b)〕、算出したひずみと作成した疲労寿命曲線を用いて、製品の寿命を推定する〔図5(c)〕。
き裂進展速度を所定のひずみ範囲毎に求めることによって、作成される熱疲労寿命曲線がより正確になる。
請求項2の発明においては、得られるき裂進展速度が実機のはんだ接合部のき裂進展速度に近い値となるので、熱疲労寿命の推定精度がより高くなる。
請求項4の発明においては、疲労寿命データを取得したひずみに対応するき裂進展速度を容易に求めることができるので、熱疲労寿命の推定が簡便になる。
図1はこの発明の特徴を説明するための工程図であり、この発明は、熱疲労寿命曲線を作成する工程と、数値計算によってはんだのひずみを算出する工程と、算出したひずみを熱疲労寿命曲線に当てはめて熱疲労寿命を推定する工程と、で構成されている。
図3は、図2に示した疲労寿命データの特徴を説明するための線図である。
図3において、ひずみ繰返し数の増加に対して緩やかに低減していた応力は、従来技術で寿命と設定されていた応力30%低下部前後で、低下が徐々に急になり、40%低下以降はほぼ一定の勾配で低下し破断に至っている。応力の低下と亀裂の進展は対応するものと考えられるので、一定勾配部分のひずみ繰返し数に対応して、試験片のき裂発生部のき裂発生方向の幅(き裂長さ)の60%(き裂進展長さ)にき裂が進展して破断したとすることによって、き裂進展速度(1サイクル当たりのき裂進展長さ)を算出することができる。すなわち、一定勾配部分のき裂進展長さを一定勾配部分のひずみ繰返し数で除すことによってき裂進展速度が算出される。当然のことながら、負荷される応力やひずみによって、はんだの破壊挙動が変わり、き裂進展速度も異なってくるので、予め評価する実機のはんだ接合部に発生する応力やひずみを把握し、このひずみ付近の複数のひずみに対するき裂進展速度を算出しておくことが必要である。同様に、はんだの組成が変わっても、それに合わせて疲労寿命データを取得し、き裂進展速度を算出することが必要となる。
このようにして取得されたそれぞれのひずみに対応するき裂進展速度を用いて、き裂進展長さをひずみ繰返し数に換算し、この換算したひずみ繰返し数を一定勾配部分に到達するまでのひずみ繰返し数に足し合わせることによって、それぞれのひずみに対応する破断に至るまでのひずみ繰返し数が算出され、き裂長さに対応する熱疲労寿命曲線が作成される。このようにして作成された熱疲労寿命曲線を示したのが、図4に示した「き裂長さW」の熱疲労寿命曲線である。より長いき裂長さの場合には、「き裂長さ長」の熱疲労寿命曲線となる。
以上の説明から明らかなように、この発明によれば、実機信頼性評価をすることなく、はんだ接合部の熱疲労寿命を簡便且つ高精度に推定することができる。
Claims (4)
- 電気回路のはんだ接合部の繰返し熱応力に起因する熱疲労を予測するためのはんだ接合部の熱疲労寿命診断方法であって、
はんだ接合部に対応するはんだバルク試験片を作成し、はんだ接合部の想定されるひずみの範囲の複数のひずみに対応する疲労寿命データを取得し、得られた複数の疲労寿命データからそれぞれのひずみに対応するき裂進展速度を算出するき裂進展速度取得工程と、
この工程で得られたそれぞれのひずみに対応するき裂進展速度からはんだ接合部のき裂長さに換算した熱疲労寿命曲線を作成する熱疲労寿命曲線作成工程と、
数値解析によってはんだ接合部のひずみを算出するはんだひずみ算出工程と、
この工程で算出されたはんだ接合部のひずみを、前記熱疲労寿命曲線作成工程で作成した熱疲労寿命曲線に当てはめて、はんだ接合部の熱疲労寿命を推定する熱疲労寿命推定工程と、
を有する
ことを特徴とするはんだ接合部の熱疲労寿命診断方法。 - 請求項1に記載のはんだ接合部の熱疲労寿命診断方法において、
前記はんだバルク試験片の組成を、熱疲労を推定するはんだ接合部のはんだの組成と同等とする
ことを特徴とするはんだ接合部の熱疲労寿命診断方法。 - 請求項1に記載のはんだ接合部の熱疲労寿命診断方法において、
前記き裂進展速度を所定のひずみ振幅範囲毎に求める
ことを特徴とするはんだ接合部の熱疲労寿命診断方法。 - 請求項1に記載のはんだ接合部の熱疲労寿命診断方法において、
前記疲労寿命データからき裂進展速度を算出する方法として、前記はんだバルク試験片でき裂が発生する部分の幅に対するき裂が発生した部分の幅の割合を、疲労寿命データにおける応力の低下割合と同じとし、前記疲労寿命データにおける応力とひずみ繰返し数とが直線関係にある領域の勾配に基づいてき裂進展速度を算出する
ことを特徴とするはんだ接合部の熱疲労寿命診断方法。
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