Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTSVibrationslasten bilden ca. 20 % der Ursachen für Fehlfunktionen in elektronischen Baugruppen in mobilen Anwendungen. Beispielsweise unterliegen Motorsteuerungen in Automobilen mit antriebsnahen Anbauorten erheblichen und wiederkehrenden Vibrationslasten. Der Anspruch unserer Kunden ist, Baugruppen resistent und bestenfalls dauerfest gegenüber den Vibrationseinflüssen auszulegen.
Das Auftreten von mechanischen Spannungen in den Lotkontakten entsteht durch die Übertragung der Vibration des Trägervehikels (z. B. Automobil) auf die Leiterplatte. Über die Fixierungen durch Verschraubung, Verklebung oder Einklemmung werden die dynamischen Kräfte eingeleitet. Es resultiert eine Durchbiegung der Leiterplatte und eine Übertragung von dynamischen Trägheitskräften auf die massereichen elektronischen Bauelemente. Beide Effekte führen zur mechanischen Beanspruchung in den verbindenden Lotkontakten. Die Übertragung von Kräften ist stark abhängig von der Frequenz der Vibrationen. Die Vibrationsleistung wird in der Regel in der Frequenzdomäne als spektrale Leistungsdichte angegeben (power spectral density, PSD) und beschreibt die Schwingungsenergie, welche je Frequenzbereich in die Baugruppe eingetragen wird. Die dynamischen Kräfte sind oft richtungsabhängig. Die zu definierende PSD-Funktion wird anhand von Frequenz-PSD-Wertpaaren angegeben. Im Bereich automobiler Baugruppen sind beispielsweise Frequenzbereiche bis 2 kHz relevant.
Mittels Simulation und gezielter Experimentführung entstehen Lebensdauerzusammenhänge, die eine Lebensdauerprognose an Bauelementen erlaubt. Weiterhin werde gesamte Baugruppen in der Einbausituation simulatorisch erfasst, um eine Hotspot-Analyse zur Identifikation der kritisch beanspruchten Bauelemente durchzuführen und dadurch das Gesamtdesign zu optimieren.
