JP2765288B2 - Strength evaluation method - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は応力拡大係数を用いた強
度評価の方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for evaluating strength using a stress intensity factor.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体パッケージ等の構造物の強度評価
には、有限要素法を用いた応力解析がしばしば行われて
きた。材料定数と形状および拘束条件を入力することに
より得られる最大主応力や相当応力等から定量的な強度
評価を行うことができる。2. Description of the Related Art A stress analysis using a finite element method has often been performed for evaluating the strength of a structure such as a semiconductor package. Quantitative strength evaluation can be performed from the maximum principal stress, equivalent stress, and the like obtained by inputting the material constant, shape, and constraint conditions.
【0003】しかしながら、セラミックパッケージ等の
セラミック構造物の破壊は、金属材料とは異なり、微小
なクラックが原因で破壊するため、最大主応力や相当応
力等では定量的な強度評価は困難であった。However, unlike a metal material, a ceramic structure such as a ceramic package breaks due to minute cracks, so that it is difficult to quantitatively evaluate the strength with a maximum principal stress or equivalent stress. .
【0004】従来、このような脆性の材料に対しては、
図2の(a)〜(c)に示したような開き角0°のひび
状のクラックに限って、クラック先端の応力拡大係数に
より強度評価する方法が一般に行われている。Conventionally, for such brittle materials,
In general, a method of evaluating the strength by a stress intensity factor at the tip of a crack is limited to cracks having a crack angle of 0 ° as shown in FIGS. 2 ( a ) to 2 ( c ).
【0005】この分野では、構造物の代表的な形状およ
び拘束条件について、クラック寸法と応力拡大係数との
関係が詳細に調べられている(Pergamon Pr
ess発行の“Stress Intensity F
actors Handbook”等)。In this field, the relationship between the crack size and the stress intensity factor has been investigated in detail for typical shapes and constraints of structures (Pergamon Pr).
"Stress Intensity F issued by ess
actors Handbook ").
【0006】これによって、有限要素解析を行わずにク
ラック先端の応力場の強さである応力拡大係数を計算す
ることができ、この値と材料固有の破壊靱性値とを比べ
ることによって、代表的な形状,拘束条件およびクラッ
ク寸法を有する構造物の強度を評価することが行われて
きた。Thus, the stress intensity factor, which is the strength of the stress field at the crack tip, can be calculated without performing the finite element analysis. By comparing this value with the fracture toughness value inherent to the material, a typical value is obtained. Evaluating the strength of structures having various shapes, constraint conditions and crack dimensions has been performed.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来のよ
うな方法は、開き角0°のひび状のクラックに対しての
み適用可能であって、開き角90°の鋭い溝部に対して
は応用できない。このため、セラミック半導体パッケー
ジのように直角の鋭い溝部を多く有する構造物について
は、応力拡大係数を算出できず、したがって、破壊靱性
値と比較して構造物の強度を評価することができないと
いう問題点があった。However, the conventional method can be applied only to a crack having an opening angle of 0 ° and cannot be applied to a sharp groove having an opening angle of 90 °. For this reason, for a structure such as a ceramic semiconductor package having many right-angled sharp grooves, the stress intensity factor cannot be calculated, and therefore, the strength of the structure cannot be evaluated in comparison with the fracture toughness value. There was a point.
【0008】本発明の目的は、有限要素法を用いた応力
解析において、構造物の強度を定量的に評価する方法を
提供することにある。An object of the present invention is to provide a method for quantitatively evaluating the strength of a structure in a stress analysis using the finite element method.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による強度評価方法は、直角の溝部を有する
構造物において、溝部周辺の応力値を有限要素解析によ
り求め、その応力値を用いて各要素の応力拡大係数を演
算し、構造物の破壊を予測するものである。In order to achieve the above object, a method for evaluating strength according to the present invention has a right-angle groove.
In the structure, the stress value around the groove is calculated by finite element analysis.
And calculate the stress intensity factor of each element using the stress value.
To predict the destruction of structures .
【0010】また、溝部の3つの変形モードの応力拡大
係数について破壊条件を定めるものである。[0010] Further , the destruction conditions are determined for the stress intensity factors of the three deformation modes of the groove.
【0011】[0011]
【作用】「強度解析学I」(岡村弘之編,pp100〜
107,オーム社、’86.9)に見られるように、一
般に任意の点の応力拡大係数Kは、 [ Function ] "Strength Analysis I" (edited by Hiroyuki Okamura, pp100-
107, Ohmsha, '86 .9)
Generally, the stress intensity factor K at any point is
【式1】 (ここで、rはクラック先端から任意のある点までの距
離、σは図2(a)〜(c)のx軸を基準にした各種応
力成分、1−λは応力特異指数)で定義される応力場の
強さであり、Kは理想的には一定値となる。ひび状のク
ラックでは、1−λ=0.5である。 また、先端の応力
特異指数の導出には、次式(式(1))が用いられる。 λ 1 sin(2α)+sin(2αλ 1 )=0 λ 2 sin(2α)−sin(2αλ 2 )=0 sin(2αλ 3 )=0 ここで、2αはクラック先端を囲む角度(ひび状のクラ
ックの場合は、α=180゜)である。 (Equation 1) (Where r is the distance from the crack tip to any point
Separation and σ are various responses based on the x-axis in FIGS. 2 (a) to 2 (c).
Force component, 1-λ is the stress singularity index)
K is ideally a constant value. Cracked crack
In the rack, 1−λ = 0.5. Also, stress at the tip
The following equation (Equation (1)) is used to derive the singular index. λ 1 sin (2α) + sin (2αλ 1 ) = 0 λ 2 sin (2α) −sin (2αλ 2 ) = 0 sin (2αλ 3 ) = 0 where 2α is the angle surrounding the crack tip (the crack - shaped club ).
Α = 180 °).
【0012】図3は、直角の溝部をもつセラミック構造
物の4点曲げ試験を行い、その溝部曲率半径と破壊荷重
の関係を調べた実験結果2である。 FIG . 3 shows a ceramic structure having right-angle grooves.
Performs a 4-point bending test on the object, the groove radius of curvature and the breaking load
Is an experimental result 2 in which the relationship was examined.
【0013】各曲率半径の場合について曲率を考慮して
有限要素解析を行い、最大主応力値から予測される破壊
荷重3を図3に併せて示した。実験では、溝部の曲率半
径が数十μm程度になると、破壊荷重は低下しない。こ
れは、開き角0゜のひび状のクラックと同様の振舞いで
ある。したがって、曲率半径が数十μm程度の鋭い溝
は、開き角0゜のひび状のクラックと同等であると言え
る。 Considering the curvature for each radius of curvature
Perform a finite element analysis and predict the fracture from the maximum principal stress value
The load 3 is also shown in FIG. In the experiment, the curvature of the groove was half
When the diameter is about several tens of μm, the breaking load does not decrease. This
It behaves like a crack with an opening angle of 0 °
is there. Therefore, a sharp groove with a radius of curvature of several tens of micrometers
Is equivalent to a crack with an opening angle of 0 °
You.
【0014】本発明においては、セラミック構造物の直
角の鋭い溝部を開き角90゜のクラックとして扱う。図
2(d)〜(f)は、直角の溝部の3つの変形モードで
ある。1bは溝部の先端である。ひび状のクラックの場
合と異なり、クラックの進展方向にx軸(=r方向),
同一面内の垂直方向をy軸,面外の垂直方向をz軸と定
める。 In the present invention, the ceramic structure is directly
The groove with a sharp corner is opened and treated as a crack having an angle of 90 °. Figure
2 (d) to (f) show three deformation modes of the right-angle groove.
is there. 1b is the tip of the groove. Crack place
Unlike the case, the crack propagation direction is the x-axis (= r direction),
The vertical direction within the same plane is defined as the y-axis, and the vertical direction outside the plane is defined as the z-axis.
Confuse.
【0015】直角の溝の場合、前記式(1)におけるα
は、α=(360゜−90゜)/2=135゜であり、
応力特異指数の導出を行うと、1−λ 1 =0.456,
1−λ 2 =0.092,1−λ 3 =0.333となる。 In the case of a right-angle groove, α in the above equation (1)
Is α = (360 ° −90 °) / 2 = 135 °,
When the stress singularity index is derived, 1−λ 1 = 0.456,
1−λ 2 = 0.092 and 1−λ 3 = 0.333.
【0016】溝部に応用した応力拡大係数をここでは拡
張応力拡大係数と呼び、モード1,2,3の拡張応力拡
大係数を各々K 1 ’,K 2 ’,K 3 ’と表す。すなわち、
クラックの進展方向にある点における各モードの拡張応
力拡大係数は、次式(式(2)) K 1 ’=σ y (2πr) 0.456 K 2 ’=τ xy (2πr) 0.092 K 3 ’=τ yz (2πr) 0.333 と表される。ここで、rは、クラックの進展方向(x
軸)に溝部の先端(原点)1bからある点までの距離、 σ y は図2(d)〜(f)のy方向の垂直応力成分、 τ xy は図2(d)〜(f)のxy面内のせん断応力成
分、 τ yz は図2(d)〜(f)のyz面内のせん断応力成分
である。 Here, the stress intensity factor applied to the groove is expanded.
Called the tensile stress intensity factor,
The large coefficients are represented as K 1 ′, K 2 ′, and K 3 ′, respectively. That is,
Expansion mode of each mode at a point in the direction of crack propagation
Force expansion coefficient is expressed as the following equation (Equation (2)) K 1 '= σ y (2πr) 0.456 K 2' = τ xy (2πr) 0.092 K 3 '= τ yz (2πr) 0.333. Here, r is the crack propagation direction (x
(Axis), the distance from the tip (origin) 1b of the groove to a certain point, σ y is the vertical stress component in the y direction in FIGS. 2 (d) to 2 (f) , and τ xy is the Shear stress generation in xy plane
Min, tau yz shear stress components in the yz plane of Fig. 2 (d) ~ (f)
It is.
【0017】拡張応力拡大係数を用いて、直角の溝部を
有する構造物の強度評価を行う例を順を追って述べる。
初めに、溝部のクラック進展方向をx軸(=r方向)と
定めて、ある荷重を負荷して有限要素解析を行う。 Using the expanded stress intensity factor,
An example of strength evaluation of a structure having the same will be described step by step.
First, the crack propagation direction of the groove is defined as the x-axis (= r direction).
Then, finite element analysis is performed by applying a certain load.
【0018】x軸上の要素または節点について、応力成
分(σ y ,τ xy ,τ yz )と溝部先端からの距離rを求め
る。これらの値を前記式(2)に代入することにより、
各要素または節点について、開口、ずれ、ねじりの各モ
ードの拡散応力拡大係数K 1 ’,K 2 ’,K 3 ’が算出さ
れる。 For an element or node on the x-axis,
Min (σ y , τ xy , τ yz ) and the distance r from the groove tip
You. By substituting these values into equation (2),
For each element or node, open, shift, and twist
The diffusion stress intensity factors K 1 ′, K 2 ′, and K 3 ′ of the
It is.
【0019】次に、これら拡張応力拡大係数を溝部先端
からの距離rに対してプロットする。図1は、各要素の
K 1 ’をプロットした実施例である。溝部先端付近では
K 1 ’の値に計算誤差を含むため、溝部の先端1bの
K 1 ’は直線部を外挿する等の方法により求める。こう
して、ある荷重における溝部先端のK 1 ’が算出され
る。 Next, these expanded stress intensity factors are
Plotted against the distance r from. FIG. 1 shows each element.
This is an example in which K 1 ′ is plotted. Near the tip of the groove
Since the value of K 1 ′ includes a calculation error,
K 1 ′ is obtained by a method such as extrapolating a straight line portion. like this
Then, K 1 ′ at the tip of the groove under a certain load is calculated.
You.
【0020】モード1だけで破壊する単純な荷重条件に
おいては、このK 1 ’値が材料固有の破壊靱性値K 1c に
達したときに破壊する。また、先に求めたK 1 ’値は有
限要素解析時に負荷荷重F0に比例する。したがって、
構造物の破壊が予測される荷重Fbは、Fb=F0x(K
1c /K 1 ’)で算出できる。この方法によって、これま
で不可能であった直角の溝部を有するセラミック構造物
の強度を定量的に評価予測できる。 For a simple load condition that breaks only in mode 1
In this case, this K 1 ′ value becomes the material-specific fracture toughness value K 1c .
Destroy when it reaches. In addition, the value of K 1 '
It is proportional to the applied load F0 during the limiting element analysis. Therefore,
The load Fb at which the destruction of the structure is predicted is Fb = F0x (K
1c / K 1 '). By this method,
Structure with right-angled grooves not possible with conventional
Can be quantitatively evaluated and predicted.
【0021】さらに、半導体パッケージ等実際の構造物
は複雑な構造をしており、複数の変形モードが生じるこ
とによって直角の溝部から破壊する場合がある。このよ
うな場合には、材料固有の破壊靱性値K 1c を破壊条件と
して用いることはできず、新たに破壊条件を定める必要
がある。 Furthermore, actual structures such as semiconductor packages
Has a complicated structure, and multiple deformation modes may occur.
In some cases, the groove may be broken at a right angle. This
In such cases, the material-specific fracture toughness value K 1c is used as the fracture condition.
Can not be used for
There is.
【0022】本発明の請求項2においては、実験と請求
項1で得られる拡張応力拡大係数をもとに、溝部の各々
の変形モードについて破壊条件を定める。次に、求めた
い構造物について、請求項1の方法により3つのモード
について拡張応力拡大係数を求める。得られた3つのモ
ードの拡張応力拡大係数を、1つの数値によって表現す
るなどして、破壊条件と比較する。得られた拡張応力拡
大係数を破壊条件よりも大きい場合には、構造物は破壊
すると予想される。 In claim 2 of the present invention, experiments and claims
Each of the grooves is based on the expanded stress intensity factor obtained in item 1.
Destruction conditions are defined for the deformation mode of. Then asked
3 modes for a structure that is small
, The expansion stress intensity factor is determined. The three models obtained
Express the stress expansion factor of the
And compare with destruction conditions. The resulting stress expansion
If the large coefficient is greater than the failure condition, the structure will break
It is expected.
【0023】こうすることにより、溝部をもつ構造物
が、開口,ずれ,ねじりのどのモードの混合により破壊
する場合にも、破壊が予想される荷重を定量的に評価予
測することが可能となる。 By doing so, a structure having a groove portion
Breaks due to mixing of aperture, misalignment and torsion modes
In the case of a
It becomes possible to measure.
【0024】[0024]
【実施例】次に、図1と図4〜図8を参照して本発明の
実施例を説明する。Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1 and FIGS.
【0025】(例1)図4は、セラミック半導体パッケ
ージに曲げ荷重が加わっている状態に対して行った有限
要素解析結果であり、曲率半径10μmの直角の溝部付
近の最大主応力分布を示した。Example 1 FIG. 4 shows the results of finite element analysis performed on a state in which a bending load is applied to a ceramic semiconductor package, and shows the maximum principal stress distribution near a right-angle groove having a radius of curvature of 10 μm. .
【0026】図4(a)で最大の応力を示したのは、同
図(b)に示した溝部先端1bの位置であり、負荷重1
0kgwの場合、最大主応力値は121kgf/mm2
であった。このセラミック材料の破壊応力値は28kg
f/mm2であり、この値に達したときに破壊が起こる
とすれば2.3kgf(=10×28/121)で破壊
することが予測される。[0026] FIGS. 4 (a) was the maximum of the stress is the position of the groove portion destination end 1b shown in FIG. (B), the load weight 1
In the case of 0kgw, the maximum principal stress value is 121kg f / mm 2
Met. The fracture stress value of this ceramic material is 28 kg
an f / mm 2, it is expected to break at 2.3kg f (= 10 × 28/ 121) if breakdown occurs when it reaches this value.
【0027】しかしながら、同様の条件の実験における
破壊荷重は7.9kgwであった。これは、セラミック
構造物の場合、鋭い溝部に生じる最大主応力を用いて強
度評価する従来の方法によっては強度評価が不可能であ
ることを示している。However, the breaking load in the experiment under the same conditions was 7.9 kgw. This is because, in the case of the ceramic structure, shows that by the conventional method of strength evaluation using the maximum principal stress occurring in sharp groove is impossible strength evaluation.
【0028】図1は、応力拡大係数を直角の溝部に応用
した請求項1の一実施例である。図4の溝部先端1bか
ら、クラックの進展方向(r方向)に並ぶ各要素につい
て、図2(e)に示すモード1の拡張応力拡大係数
K1’を求める。FIG. 1 shows an embodiment in which the stress intensity factor is applied to a right-angle groove. From the groove portion destination end 1b of FIG. 4, for each element arranged in the crack progress direction (r direction), we obtain the Figure 2 extended stress intensity factor K 1 of mode 1 shown in (e) '.
【0029】K 1 ’は、先の有限要素解析結果より求め
たr方向に垂直な応力成分σ y と、溝部先端1bから各
要素中心までの距離rをK 1 ’ =σ y (2πr) 0.456 に代入して算出した。このK 1 ’をrに対してプロット
したのが図1である。これらの直線部の点を外挿するこ
とにより、溝部先端1bにおける拡張応力拡大係数
K 1 ’を求めると、K 1 ’=4.7MPa・m 0.456 とな
る。 K 1 ′ is the stress component σ y perpendicular to the r direction obtained from the finite element analysis result and the distance r from the groove tip 1 b to the center of each element is K 1 ′ = σ y (2πr) 0.456 Was calculated. FIG. 1 plots this K 1 ′ against r. By extrapolating the points of these linear portions, the expansion stress intensity factor at the groove tip 1b is obtained.
When K 1 ′ is obtained , K 1 ′ = 4.7 MPa · m 0.456 .
【0030】このセラミック材料固有の破壊靱性値K 1C
は、3.83MPa√(m)であり、この値に達したと
きに破壊が起こるとすれば、8.1kgf(=10×
3.83/4.7)で破壊すると予測される。これは実
験値7.9kgfを精度よく予測していることになる。The fracture toughness value K 1C inherent to this ceramic material
Is 3.83MPa√ (m), if destroyed when reaching this value occurs, 8.1kg f (= 10 ×
It is predicted to break at 3.83 / 4.7). This would have predicted accurately experimental value 7.9 kg f.
【0031】表1に本発明の請求項1による方法と、最
大主応力を用いた従来の方法による予測値をばらつきも
含めて比較したものである。本発明の請求項1によれば
従来の方法に比べて、実験値をかなり良い精度で予測で
きる。Table 1 shows a comparison between the method according to the first aspect of the present invention and the predicted value including the variation by the conventional method using the maximum principal stress. According to the first aspect of the present invention, the experimental value can be predicted with considerably better accuracy than the conventional method.
【0032】[0032]
【表1】 [Table 1]
【0033】(例2)図5は、請求項2の実施例であ
り、溝部をもつアルミナ材料の構造物について、各モー
ドの破壊条件を定めた。開口,ずれ,ねじりモードにつ
いて、単独のモードで破壊する場合の実験を各々行い、
請求項1の解析から各モードの破壊条件を求めた。各モ
ードの値はK 1C ’=3.2MPa・m 0.456 ,K 2C ’=
3.8MPa・m 0.092 ,K 3 ’=0.7MPa・m
0.333 であった。図5は、この3点を通る楕円面を描い
たものである。(Example 2) FIG. 5 shows an embodiment of claim 2 .
For the structure of the alumina material having a groove, the breaking conditions of each mode were determined . Experiments were performed on the opening, displacement, and torsion modes in the case of breaking in a single mode.
The destruction conditions of each mode were determined from the analysis of claim 1. The value of each mode is K 1C ′ = 3.2 MPa · m 0.456 and K 2C ′ =
3.8 MPa · m 0.092 , K 3 ′ = 0.7 MPa · m
It was 0.333 . 5 and illustrates the ellipsoid passing through the three points of this.
【0034】図6は、(a)に示すPGA半導体パッケ
ージ4aに静荷重を加える実験例を示している。このパ
ッケージは、図5のときと同じアルミナ材料で作られて
おり、図6(b)のように、支持治具5上に支えられ、
負荷治具6で荷重が加えられる実験での破壊荷重は99
kgfであった。FIG. 6 shows an experimental example in which a static load is applied to the PGA semiconductor package 4a shown in FIG. This package is made of the same alumina material as in FIG. 5, and is supported on a support jig 5 as shown in FIG.
The breaking load in an experiment in which a load is applied by the load jig 6 is 99
was kg f.
【0035】半導体パッケージ等、実際の構造物では単
独の変形モードで破壊するとは限らない。この場合につ
いて本発明請求項1の方法により解析を行うと、100
kgwを負荷した場合、K 1 ’=1.0MPa・
m 0.456 ,K 2 ’=0.1MPa・m 0.092 ,K 3 ’=0.
63MPa・m 0.333 であった。An actual structure such as a semiconductor package is not necessarily broken in a single deformation mode. When this case is analyzed by the method of claim 1 of the present invention, 100
If you load the kgw, K 1 '= 1.0MPa ·
m 0.456 , K 2 ′ = 0.1 MPa · m 0.092 , K 3 ′ = 0.
It was 63 MPa · m 0.333 .
【0036】K 1 ’とK 3 ’が大きく、開口,ねじりモー
ドが同時に起こっていることになる。このような場合
は、材料固有の破壊靱性値K1Cだけで破壊するとして評
価するのではなく、溝部をもつ構造物について、図2
(a)〜(c)のモード1〜モード3の破壊条件を実験
より定めた図5を用いて強度評価するのが妥当である。 K 1 ′ and K 3 ′ are large, which means that the opening and the torsion mode occur simultaneously. In such cases, rather than evaluating as to destroy only the material-specific fracture toughness K 1C, the structure having a groove, FIG. 2
It is appropriate to evaluate the strength using FIG. 5 in which the destruction conditions of modes 1 to 3 of (a) to (c) are determined by experiments.
【0037】PGAパッケージの場合、 (K 1 ’/K 1C ’)2+(K 2 ’/K 2C ’)2+(K 3 ’/
K 3C ’)2=0.91=0.952 である。 (K 1 ’/K 1C ’)2+(K 2 ’/K 2C ’)2+(K 3 ’/
K 3C ’)2=12 のときに破壊するとすれば、予測される破壊荷重は、1
05kgf(=100×1/0.95)であり、これは
実験値99kgfとよく一致している。In the case of the PGA package, (K 1 '/ K 1C ') 2 + (K 2 '/ K 2C') 2 + (K 3 '/
K 3C ') is a 2 = 0.91 = 0.95 2. (K 1 '/ K 1C' ) 2 + (K 2 '/ K 2C') 2 + (K 3 '/
If K 3C ') to break when 2 = 1 2, breaking load to be predicted, 1
A 05kg f (= 100 × 1 / 0.95), which is consistent with the experimental values 99 kg f.
【0038】このように、本発明の請求項2によれば、
複数のモードが混在した場合においても実験値をかなり
良い精度で予測できる。Thus, according to claim 2 of the present invention,
Even when a plurality of modes coexist, the experimental values can be predicted with fairly good accuracy.
【0039】(例3)図7は、先のアルミナ製の溝部を
もつ構造物4bに静荷重を加える実験例を示している。
構造物4bは、支持治具5に支えられ、中央に負荷治具
6により荷重が加えられる。実験での破壊荷重は7.1
kgfであった。この場合について本発明請求項1の方
法により解析を行うと、10kgfを負荷したとき
K 1 ’=2.8MPa・m 0.456 ,K 2 ’=3.0MPa
・m 0.092 ,K 3 ’=0.53MPa・m 0.333 となる。
開口,ずれ,ねじりのすべてのモードが混在しており、 (K 1 ’/K 1C ’)2+(K 2 ’/K 2C ’)2+(K 3 ’/
K 3C ’)2=1.9=1.382 である。(Example 3) FIG. 7 shows an experimental example in which a static load is applied to the structure 4b having a groove made of alumina.
Structure 4b, supported by the support jig 5, a load is applied by the load jig 6 in the center. The breaking load in the experiment was 7.1
was kg f. In this case, the analysis according to the method of claim 1 of the present invention shows that when a load of 10 kgf is applied.
K 1 ′ = 2.8 MPa · m 0.456 , K 2 ′ = 3.0 MPa
· M 0.092, a K 3 '= 0.53MPa · m 0.333 .
Opening, shift, and all modes of torsion are mixed, (K 1 '/ K 1C ') 2 + (K 2 '/ K 2C') 2 + (K 3 '/
K 3C ') is 2 = 1.9 = 1.38 2.
【0040】本発明の請求項2の方法によって予測され
る破壊荷重は、7.3kgf(=10×1/1.38)
であり、実験値7.1kgfとよく一致している。The breaking load predicted by the method of claim 2 of the present invention, 7.3kg f (= 10 × 1 / 1.38)
, And the are match well with the experimental value 7.1kg f.
【0041】このように、本発明の請求項1および請求
項2によれば、複数のモードが混在した場合において
も、その強度を定量的に評価予測することが可能とな
る。As described above, according to the first and second aspects of the present invention, even when a plurality of modes coexist , it is possible to quantitatively evaluate and predict the intensity.
【0042】[0042]
【発明の効果】以上のように本発明は、有限要素解析よ
り得られた応力値をもとに直角の溝部に対し応力拡大係
数を応用したものであり、これによって種々のモードに
より破壊するセラミック構造物の強度を定量的に評価で
きる効果を有する。As described above, according to the present invention, the stress intensity factor is applied to the groove at a right angle based on the stress value obtained by the finite element analysis. This has the effect of quantitatively evaluating the strength of the structure.
【図1】溝部先端からの距離と拡張応力拡大係数との関
係を示す図である。1 is a diagram showing the relationship between the distance and the expansion stress intensity factor from the groove portion destination end.
【図2】(a)〜(c)は、クラックの3つの変形モー
ドとクラック先端の座標を示す図、(d)〜(f)は、
溝部の3つの変形モードと溝部先端の座標を示す図であ
る。Figure 2 (a) ~ (c) is a diagram showing three deformation modes and Crack coordinates crack, (d) ~ (f) is
It is a figure which shows the three deformation modes of a groove part, and the coordinate of a groove front-end | tip .
【図3】溝部の曲率半径と破壊荷重との関係を示す図で
ある。FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a radius of curvature of a groove and a breaking load.
【図4】(a)は、セラミック半導体パッケージに曲げ
荷重が加わっている状態を示す図、(b)は、(a)の
A部拡大図で、曲率半径10μmの直角の溝部付近の最
大主応力分布を示す図である。4A is a diagram showing a state in which a bending load is applied to the ceramic semiconductor package, and FIG. 4B is an enlarged view of a portion A in FIG. It is a figure showing a stress distribution.
【図5】溝部をもつアルミナ材料の構造物について、各
モードの擬破壊靱性値を求める図である。FIG. 5 is a diagram showing a pseudo-fracture toughness value of each mode for a structure of an alumina material having a groove.
【図6】(a)は、PGA半導体パッケージを示す図、
(b)はPGA半導体パッケージに静荷重を加える実験
装置を示す図である。FIG. 6A is a diagram showing a PGA semiconductor package ;
(B) is a diagram showing an experimental device for applying a static load to the PGA semiconductor package.
【図7】アルミナ製の溝部を持つ構造物に静荷重を加え
る実験例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an experimental example in which a static load is applied to a structure having a groove made of alumina.
1 クラックの先端 1b 溝部の先端 2 実験結果 3 最大主応力による破壊予測荷重 4a アルミナ半導体パッケージ 4b アルミナ製構造物 5 支持治具 6 負荷治具1 crack tip 1 b groove portion of the tip 2 Test Results 3 maximum stress due to the destruction predicted load 4a alumina semiconductor package 4b alumina structure 5 supporting jig 6 load jig
Claims (2)
部周辺の応力値を有限要素解析により求め、その応力値
を用いて各要素の応力拡大係数を演算し、構造物の破壊
を予測することを特徴とする強度評価方法。1. A structure having right-angle grooves, wherein the grooves
The stress value around the part is obtained by finite element analysis and the stress value
Calculate the stress intensity factor of each element using
A strength evaluation method characterized by predicting the strength.
について破壊条件を定めることを特徴とする請求項1に
記載の強度評価方法。2. Stress intensity factors for three deformation modes of a groove.
Strength evaluation method according to claim 1, characterized in that determining the breakdown condition for.
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- 1991-07-19 JP JP3203244A patent/JP2765288B2/en not_active Expired - Lifetime
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