Lebensdauermodellierung zyklisch, thermo-mechanisch beanspruchter Komponenten

Thermische Lasten dominieren mit mehr als 50 % die Ausfallursachen von elektronischen Komponenten. Die zyklische thermische Belastung, der elektrische Komponenten durch klimatische Bedingungen oder intrinsisch infolge ihrer Funktionalität ausgesetzt sind, führen aufgrund des hohen Materialmixes der Baugruppe zu thermo-mechanischen Beanspruchungen von Substrat, Verbindung und Bauelement. Das Fraunhofer IKTS nutzt folgende Ansätze:

• Lebensdauermodellierung mittels geeigneter Prüflinge
• Beschleunigte Alterung
• Schadensfortschrittsmonitoring mittels CT
• In-Situ-Widerstandsmesstechnik

Bereits bei der Auslegung von Testkörpern für die beschleunigte Alterung spielen Kunden- und Produktanforderungen eine wesentliche Rolle, um den Schädigungsmodus entsprechend der realen Baugruppen auszurichten. Zusätzlich werden Randbedingungen für das Testkörpermonitoring und die Schädigungsfortschrittsanalyse berücksichtigt. Durch die initiale 100%-Kontrolle der Testkörper mittels automatischer optischer Inspektion (AOI) und röntgenbasierter Void-Analyse werden das Fehlerband des späteren Lebensdauermodells reduziert und aufwendige Ergebnisinterpretationen vermieden.

Die Schädigungsfortschrittsanalyse kann neben klassischen Verfahren wie dem Abscherversuch oder der Schlifferstellung auch mittels Röntgen-Mikro-Computertomographie erfolgen. Gegenüber anderen Analyseverfahren besteht der wesentliche Vorteil in der Visualisierung der Schäden im dreidimensionalen Lotkontakt. Zusätzlich kann der Prüfkörper nach erfolgter Schädigungsfortschrittsanalyse in den beschleunigten Alterungsversuch zurückgeführt und zu einem späteren Zeitpunkt erneut geprüft werden. Die so stattfindende Überwachung der Prüfkörper über ihren Lebenszyklus hinweg ermöglicht eine starke Reduktion der Anzahl von Prüfkörpern bei gleichzeitig deutlich gesteigertem Informationsgehalt.

Eine weitere Methode des Prüfkörpermonitorings ist die In-situ-Überwachung. Dank spezieller für End-of-Life-Versuche angepasster Hard- und Softwarekomponenten sind wir in der Lage, die Prüfkörper während der beschleunigten Alterung live zu überwachen. Ein Anwendungsbeispiel ist die Überwachung der Veränderung des elektrischen Widerstandes (∆R < 2 mΩ) der Lotkontakte von 0-Ohm-Widerstandsbauelementen. Hierfür stehen aktuell bis zu 460 Kanäle zur Verfügung, welche bei Bedarf erweitert werden können.