Development of Phenomenological Model for Description of Lead-Free Soldering Pastes Behavior under Thermo-Mechanical Loading

Předkládaná disertační práce se zabývá řešením problematiky návrhu fenomenologického modelu pro popis chování bezolovnaté pájecí pasty Sn-3.5Ag-0.75Cu při numerickém modelování pájených spojů. Navržená metodika zahrnuje návrh osově symetrických vzorků pájených spojů určených pro experimentální vyšetřování statické pevnosti a nízkocyklové únavy, které zohledňují výrobní a rozměrová omezení. Na navržených vzorcích byly vyšetřovány mechanické vlastnosti pájecí pasty při monotónním tahu, krutu, i creepové chování. Dále pak byla zkoumána nízkocyklová únava v tahu-tlaku, krutu a v kombinaci při neproporcionálním namáhání s fázovým posuvem 90°. Byl vyšetřován také vliv amplitudy napětí na akumulaci plastické deformace v pájeném spoji při jednoosém i víceosém namáhání, tzv. uniaxiální a biaxiální ratcheting. Navržená metodika dále obsahuje optimalizaci numerického viskoplastického modelu na základě naměřených dat s využitím software optiSlang. Na základě dosažených výsledků je proveden návrh metodiky pro výpočet životnosti pájených spojů na základě zkoušek životnosti provedených přímo na reálných dílech.This dissertation thesis deals with the solution of designing a phenomenological model for the description of the lead-free solder paste Sn-3.5Ag-0.75Cu behavior during numerical modeling of soldered joints. The proposed methodology includes the design of axi-symmetric samples of soldered joints intended for experimental investigation of static strength and low-cycle fatigue, which also considers the production and dimensional constraints. The mechanical properties of the solder paste with monotonic tension, torsion and creep behavior were investigated on the proposed samples. Furthermore, low-cycle fatigue in tension-compression, torsion and in combination under disproportionate loading with a phase shift of 90 ° was investigated. The influence of stress amplitude on the accumulation of plastic deformation in a soldered joint under uniaxial and multiaxial loading, so-called uniaxial and biaxial ratcheting, was also investigated. The proposed methodology also includes the optimization of a numerical viscoplastic model based on measured data using optiSlang software. Based on the achieved results, a proposal of the methodology for the calculation of lifetime prediction of soldered joints based on fatigue tests performed directly on real products.330 - Katedra aplikované mechanikyvyhově