構造解析温度サイクル試験によるはんだ接合部のき裂進展解析

  • チップ接合部の温度サイクル試験をシミュレーションしたい。
  • き裂進展の進行方向や分布などをシミュレーションで確認したい。

半導体チップの高密度化に対応するため、実装密度の高いBGA(Ball Grid Array)による接合方法を採用するケースが多くなっております。ただ、この方法の場合、接合部の一部に局所的な応力が発生することが知られており、ある程度の信頼性を見積もっておく必要があります。

従来どおり温度サイクル試験で信頼性評価を調査することも必要ですが、シミュレーションを活用することで短期間にその傾向を掴むことが可能です。

図に示すようなメッシュまで作成した形状モデルをご用意いただければ、ANSYS Mechanical APDL専用に作成したき裂進展マクロをご利用いただくことで、自動的に温度サイクル荷重を載荷した解析を実行します。その上で非線形ひずみ振幅を自動的に抽出し、各要素でManson-Coffin 則とマイナー則を適用し、温度サイクルにおける寿命を算出したり、き裂進展の様子を確認することが可能です。

本シミュレーションの場合、次のような手順で疲労寿命を算出します。

  1. 指定した回数の温度サイクル荷重を専用マクロで実行します。
  2. き裂進展の様子を確認します。
  3. き裂進展の状況からパスライン(き裂経路)を設定します。
  4. ポスト処理でき裂経路による疲労寿命を算出します。

※以下の解析事例もあわせてご参照下さい。

はんだの濡れ上がり解析
はんだの濡れ上がり形状を使用したクリープ解析

解析モデル


図 熱サイクル(時間vs温度)

図 BGAモデル

図 はんだボールのき裂進展

図.6×6のBGAを配置したき裂進展解析用のモデル

解析結果


図. BGAに発生しているき裂進展の様子(非線形ひずみ振幅)

図 設定した亀裂進展のパスラインとその疲労寿命

【効果】
短期間に様々なパラメータによる温度サイクル試験の寿命をシミュレーションで予測することができ、相対的な比較検討や設計指針にお役立ていただけます。

解析種類

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