Untersuchungen zu Zuverlässigkeit und Lebensdauermodellen für gelötete SMD auf spritzgegossenen Schaltungsträgern

Beschreibung

Diese Arbeit behandelt Zuverlässigkeitsuntersuchungen und rechnergestützte Modellierung von gelöteten SMD auf spritzgegossenen Schaltungsträgern unter thermischer Wechselbelastung. Die verwendeten MID Substratmaterialien waren die LDS Thermoplaste Pocan DP T7140 LDS, Ultramid T4381 LDS und Vectra E840i LDS. Diese sind hinsichtlich ihrer thermomechanischen Materialeigenschaften längs und quer zur Faserorientierung aus dem Spritzgussprozess sowie ihrer zeitabhängigen elastischen Materialeigenschaften charakterisiert worden. Zur Bestimmung der Zuverlässigkeit wurden geeignete elektronische Bauteile ausgewählt und mittels eines SAC305 Lots auf die Testsubstrate gelötet. Die gewählten Bauteile waren die Kunststoffgehäusetypen MLF20 und SO8 sowie die Keramikwiderstände der Typen CR1206, CR0805 und CR0603. Ein Temperaturschocktest ist im Temperaturbereich zwischen -40°C (-10/+0°C) und 125°C (-0/+15°C) mit 20 min Haltezeit durchgeführt worden. Die Widerstände der verschiedenen Bauteile wurden mittels einer Online- Widerstandsmessung überwacht. Nach den Tests ist eine detaillierte Fehleranalyse durchgeführt worden. Dabei wurden die Ausfallursachen der gelöteten SMD auf MID bestimmt und bewertet. Die statistische Auswertung der Ausfälle erfolgte mittels der 3-Parameter Weibullverteilung. Die durchgeführten Untersuchungen ermöglichten einen Vergleich der Zuverlässigkeiten zwischen MID und FR-4. Weiter wurde der Einfluss unterschiedlicher Modellierungsansätze für MID Substratmaterialien auf Le-bensdauermodelle von Lötverbindungen untersucht. Hierfür wurden unter anderem thermomechanische FEM-Simulationen unter Verwendung der Daten aus Spritz-gusssimulationen eingesetzt. Die berechneten Risspfade in den Lötverbindungen sind mit den experimentellen Ergebnissen verglichen worden. Die Lebensdauermodelle für die Lötverbindungen wurden mit Nutzung der Coffin-Manson Beziehung erstellt und hinsichtlich der Güte der Anpassung von Simulation und Experiment sowie der Aussagefähigkeit von Lebensdauerprognosen für 3D-MID Anwendungen bewertet.

Autor*in

Tobias Grözinger

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Lebensdauermodelle SMD Zuverlässigkeitsmethodik

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