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문제 정의
- 본 연구에서는 Sn-37mass%Pb오+ Sr「3.5mass% Ag 솔더의 재질에 따른 “BGA 솔더 접합부의 열피로 수명을 유한요소해석법을 이용하여 검토하였다. 해석 을 통하여 얻어진 결론을 요약하면 다음과 같다.
- 본 연구에서는 이러한 실정아래에서 절실하게 요구되 는 «BGA와 Pb-free 솔더 에 대 한 수명 평 가방법 을 제 시 하기 위하여 必GA에 대하여 37mass%Pb-Sn 공정 솔더와 Sn-3.5mass%Ag 솔더를 채택한 3차원 유한 요소해석모델을 구성하였다. 점 탄소성거동에 대비하여 구성되어진 각각의 모델 중, 먼저 일반적인 솔더 형상 을 가진 모델에 대하여 솔더 재질별로 온도범위 233K -393K, 253K〜373K, 293K〜373K의 세 가지 열사이클을 3회씩 가하여 솔더 접합부에 집중되어진 응력 과 변형율의 분포를 유한요소해석을 통해 검토하였다.
가설 설정
- 25Hz 이상의 경우에서는 크립 변형의 영향이 거의 없어, 소성 변형만을 고려해도 열피로 수명에는 크게 영향이 없는 것으로 보고 되고 있다. 따라서 본 연구 에서는 솔더 접합부에 발생하는 비탄성 변형은 소성 변형에만 기인한 것으로 가정하였다.
- 따라서. 본 연구에서는 솔더 재질의 융점에 대한 상 대적인 온도 폭과 소성변형 기준 온도에 대한 평균온 도의 효과를 감안하기 위해 식 (5)와 같은 온도의존성 무차원변수, 를 가정하여 7와 피로수명간의 관계를 검 토하였다.
- 또한 솔더에서 예상되어지는 점탄소성 변형을 해석하 기 위하여 응력 경화(stress stiffening), 대변형률 (large strain), 대변형 (large deflection) 효과를 고려 하였다. 솔더를 제외한 모든 재료는 등방성 (isotropy)의 선형 탄성재료로 가정하였으며, 소성 변형을 고려 해야 하는 솔더 접합부의 비선형 해석을 위하여 각각의 솔더 재 질과 온도에 따라 다른 항복응력값을 갖는 bi-linear kinematic hardening으로 가정하였다. Table 2는 해석을 위해 사용되어진 각 요소의 주요 물성치를 나타내고 있다.
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