Einfluss von Geometrie und Materialeigenschaften auf die Lebensdauer bleifreier Lotverbindungen an mechatronischen Baugruppen

Abstract:
In einem Fördervorhaben wurde der Einfluss von Geometrie und Materialeigenschaften auf die Ermüdung der Lotverbindungen von gelöteten Leistungsmodulen für mechatronische Systeme untersucht. Die im Vorhaben erreichte Identifikation der relevanten Einflussgrößen der Aufbau- und Verbindungstechnik auf das Versagen der Lotverbindungen erlaubt die Aufstellung von Designregeln zur robusten Montage mit bleifreien Loten. In dieser Untersuchung wurden DPAK-Bauformen auf FR4-Substraten sowie Si-Bare-Chips auf DCB-Substraten eingesetzt. Experimentell untersuchte physikalische Einflussgrößen auf die Lebensdauer sind Materialeigenschaften, Bauteilgeometrie und betriebsbedingte Anforderungen. Um thermomechanischen Stress zu simulieren, wurden Temperaturschocktests und Power-Cycling-Versuche eingesetzt. Die Proben wurden mit Hilfe von CSAM und Metallographie untersucht. Für die Anwender ergibt sich ein Ausfallmodell in Form eines Tools, mit dem die Lebensdauer gelöteter mechatronischer Baugruppen bei realen Belastungen abgeschätzt werden kann.