IC実装工程+IC稼働時の応力解析

本例題について

• IC実装工程を模擬した応力解析例題１０ ＩＣ実装工程の多段階熱荷重解析をアレンジして、
  時刻を設定した解析を行い、IC実装工程後にICを稼働したときの温度分布を用いた応力解析を行った例を示します。

• 時刻を設定することにより、はんだの弾塑性/クリープを考慮することができます。

• ステップ設定「多段階熱荷重＋熱連成ステップ」とすることにより、熱伝導解析により求めたIC稼働後の温度における
  応力分布を計算します。

• 各到達温度における変形の状態や変位分布、応力分布を解析結果として見ることができます。

• 表に記載されていない条件は初期設定の条件を使用します。

解析空間

解析条件

本例題では簡易的な2次元解析モデルを扱います。

熱荷重の解析オプションを選択します。

本例題では以下のような工程を想定します。

ステップ１．基板とＩＣ間をはんだ付け（２２０度）したあと常温（２５度）まで落とす。

ステップ２．常温（２５度）から１２０度まで温度を上げる。

ステップ３．１２０度でアンダーフィルを塗布して硬化させたあと常温（２５度）まで落とす。

ステップ４．ICを稼働し、IC部を発熱させる。

ステップ３までは、応力解析の多段階熱荷重解析の機能を使用し、
ステップ４は熱伝導解析の過渡解析と応力解析の連成解析機能を使用します。

熱荷重タブの設定を以下のように行っています。

220度を基準温度（無応力温度）と設定しています。到達温度は次のステップ解析タブにて設定しています。

ステップ/熱荷重解析タブの設定を以下のように行っています。

※過渡解析との連成の場合自動的に「設定する」になります。

※熱連成ステップの設定は過渡解析タブで設定します。

過渡解析タブの設定を以下のように行っています。
通常、熱伝導解析の過渡解析では初期温度を設定しますが、初期温度は、ステップ解析の最終ステップの到達温度である
25[deg]が使用されます。

後述しますが、ステップ３以降にアンダーフィルを解析対象とするための設定をボディ属性の解析領域タブにて行っています。

モデル図

ボディ属性および材料の設定

※材料データベースを利用

材料定数は以下のように設定しています。

UFはステップ３以降に有効にするため解析領域タブにて以下のように設定しています。

熱伝導解析との連成が行われるステップ３以降は、ステップ３の状態が反映されます。
IC稼働時に発熱する箇所として、HEAT_SOURCEには発熱量タブにて以下のように設定しています。

境界条件

外部境界条件（モデルの周囲）に自然対流（係数自動計算）を設定しています。

※自然対流の係数は自動的に算出されます。詳細は「放熱・環境輻射」を参照してください。

解析結果

熱伝導解析の100s後の温度分布を示します。

HEAT_SOURCE部を中心に温度が上昇しているのが分かります。

応力解析のステップ毎のミーゼスの相当応力分布を示します。

応力のスケールは、最小値：0[MPa]、最大値：30[MPa]としています。

ステップ１：220℃⇒25℃：100s

ステップ２：25℃⇒120℃：200s

ステップ３：120℃⇒25℃：300s

ステップ４：25℃⇒熱伝導100s後結果：400s