Modellierung von Ermüdungsausfällen durch aktive Lastwechseltests

Leiterplatten haben aufgrund der geringen Kosten und der vielseitigen Einsetzbarkeit einen hohen Stellenwert in der Elektronik. Da der Trend zu immer höheren Integrationsdichten, Leistungen und Temperaturen geht, müssen diese Designs auch gegen Ermüdungsausfälle abgesichert werden. Aktive Lastwechseltests (Active Power Cycling) haben sich in den letzten Jahren als Standardverfahren zur Zuverlässigkeitsanalyse und Lebensdauervorhersage für Leistungselektronikaufbauten durchgesetzt. Hierbei werden die Bauteile auf einer Kühlplatte befestigt und mit ihrer eigenen Verlustleistung erwärmt. Durch Wegnahme des Stroms werden die Prüflinge nach dem Aufheizen wieder auf Kühlmitteltemperatur gebracht. Aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der Materialien kommt es zu thermo-mechanischen Spannungen in dem Aufbau, die letztendlich den Ausfall der Baugruppe herbeiführen. Die Lastzyklen werden solange wiederholt, bis sich das elektrische bzw. thermische Verhalten um einen vorher festgelegten Faktor verändert hat. Derzeit bestehen keine Lebensdauermodelle für Verschleißausfälle von Bauelementen auf den verschiedenen Leiterplattentechnologien. Deshalb wird ein Konzept für aktive Lastwechseltests mit Leiterplatten zur Ermittlung der Lebensdauer vorgestellt. Des Weiteren wird das thermische Verhalten während des Tests mit Messkurven veranschaulicht. Anschließend wird anhand einer Fallstudie gezeigt, wie ein Lebensdauermodell für Leiterplatten erstellt werden kann und somit Prognosen für die reale Anwendung möglich werden.