OS0110
＜M&M2013カンファレンス・2013年10
月12〜14
日＞Copyright©社団法人
日本機械学会1.
緒言近年，宇宙事業・航空機・自動車・電子デバイス などの様々な分野において，多種多様な製品の高機 能・高強度・軽量化などを目的に異材の接合・接着 および複合材の利用が進んでいる．また，それにと もなって接合接着技術の向上も著しい．本研究でと りあげるLSI，ICなどの電子デバイスは，半導体・
樹脂・高分子材の複合体であり，多種多様な部品が 接着された異材接合体となる．そのため，材料特性 の違いから特異応力場が発生し,これが接合界面付 近の剥離の主な原因となっている.また，製造時に 行う熱圧着の際に生じる熱残留応力や使用時に受 ける温度変化によって生じる熱応力等が接合体の 強度に影響を与えることがわかっている．このよう な背景から，異材接合体では，接着面の界面強度を 把握することが重要となり，本研究室では3次元異 材接合体の界面端部に発生する応力特異場につい て数値解析をおこなってきた(1)-(3)．またSOS(Silicon
on Sapphire)-Resin-Silicon接合体の界面強度を実験
的に評価した．本研究では，SOS-Resin-Silicon 接合体の界面強度に
SOS
を構成するSilicon film
の層厚さが及ぼす影響を解 析的に求め，その評価を行う．2.
解析方法2・1 固有値解析手法
特異応力場を特徴づける特異性オーダλは，有限
要素法を用いた固有値解析により求められる．固 有値pはλとλ=1-Re(p)の関係があり，p
は式(1)の 固有方程式を解くことにより求められる．
( p
2[ ] A + p B [ ] + [ ] C ) { } u = 0 (1)
ここで，
[A]， [B]および[C]は弾性定数と接合形状から決
まる行列，{u}は節点の変位ベクトルである．
2・2 3 次元境界要素法 三次元異材接合体内に
おける任意の点の変位は,次の境界積分方程式で求める ことができる.
u
i( p) = "S{ U
ij(p,Q)t
j(Q) ! T
ij( p, Q)u
j(Q) } ds(Q) (2)
ここで,p
は内点,Qは境界の点,UijとT
ijは変位および作用力の基本解である.内点の応力は,内点のひずみを 次式で求め,フックの法則に代入して求める.
三次元多層体の接着強度評価
Evaluation of jointing strength in 3D-multilayered structures
木村直紀*1
，古口日出男*2 Naoki KIMURA *3 and Hideo KOGUCHI
*3
Graduate school of Nagaoka University of Technology.1603-1 Kamitomiokamachi, Nagaoka, Nigata
Recent electronic device packaging, for instance, CSP has a bonded structure of IC chip and polymers, and delamination occurs frequently at the interface between IC and a resin. Furthermore, thermal stresses which are caused by a temperature variation in the bonding process of CSP and heat cycles for environment temperature will influence on the strength of interface. In the present paper, the strength of interface in multi-layered specimens composed of silicon, resin, silicon film and sapphire is investigated. Influence of layer thickness on the strength of interface is examined.
Key Words : Three-Dimensional joints, stress singularity, Interface strength,SOS(silicon on sapphire)
*1学生，長岡技術科学大学 工学研究科（〒940-2188 新潟 県長岡市上富岡町
1603-1）
*2正員，長岡技術科学大学
E-mail: [email protected]
u
i,j(p) = "S{ U
ik,j( p,Q)t
k(Q) ! T
ik,j(p,Q)u
k(Q) } ds(Q)
(3)
ここで,Uik,jとT
ik,jは着力点p
における変位と表面力の基 本解の微分である.本研究では,基本解にRongved
の二 相体の解を使用し，領域解法を用いて解析を行なう.3.
解析モデル本研究では，シリコンと
S0S
を封止樹脂(Resin)によ り接合したモデルを解析した．解析モデルを図1
に示 す．SOSはSapphire
基板の上にSilicon
薄膜を積層 させた多層体である．SOSの概略を図2
に示す．本研究では
SOS
に積層しているSilicon film
の厚さを
0.65µm, 0.23µm,
と変えて解析を行う．調査を行う界面は
Silicon film
とSapphire
の界面である．また，層厚さの影響を評価するため
Silicon film
を除いた
Sapphire-Resin-Silicon
の三層体モデルの解析も行う．解析には球座標形を用いて，接合界面状の 応力分布を求めた．今回の解析に用いた各物性値は 表
1
とおりである．Fig.1 Model for analysis
Fig.2 Composition of SOS
Table1 Material constants
4.
解析結果本研究の解析結果は， Silicon filmの厚さが0.63µm
の場合の応力分布を図3に示す．
φ
が45°に近づくに つれ応力が増加しているのが分かる．他の条件の場 合の結果は本講演で述べる．Fig.3 Distribution of stress σ
θθ5.
結語SOS-Resin-Silicon
接合体の接合モデルを想定し，境界要素法を用いて応力解析を行った．SOS を構成する
Silicon film
の厚さを変え，層厚さが界面強度に及ぼす影響を調査した．
文 献
(1) Taniguchi, T., Koguchi, H. Characteristics of Stress Singularity Filed of Residual thermal stress at vertex in Three-Dimensional Bonded Joints, Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers, Series A, Vol. 74, pp. 864-872.
(2) Konno, N., Koguchi, H. Intensity of Residual Thermal Stress at the vertex in three-Dimensional Joints with three Layers, Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers, series A, Vol. 75, pp.1148-1155.
(3) Nakajima, M., Koguchi, H. Influence of interlayer Thickness on the intensity of singular stress Field in 3D Three-Layered Joints under an External Load, Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers, series A, Vol. 76, pp.1110-1118
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