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Setup für Ermüdungsversuche an elektronischen Komponenten unter kombinierten Temperatur- und Vibrationslasten

 
: Meier, Karsten; Metasch, René; Röllig, Mike; Bock, K.

VDE/VDI-Gesellschaft Mikroelektronik, Mikro- und Feinwerktechnik -GMM-:
Elektronische Baugruppen und Leiterplatten, EBL 2018 : Multifunktionale Aufbau- und Verbindungstechnik - Beherrschung der Vielfalt; Vorträge der 9. DVS/GMM-Tagung in Fellbach am 20. und 21. Februar 2018
Düsseldorf: DVS Media, 2018 (DVS-Berichte 340)
ISBN: 978-3-96144-026-9
ISBN: 3-96144-026-3
pp.286-293
Tagung "Elektronische Baugruppen und Leiterplatten" (EBL) <9, 2018, Fellbach>
German
Conference Paper
Fraunhofer IKTS ()

Abstract
Für elektronische Baugruppen in den Anwendungsfeldern Automobil, Schienenverkehr, Luft- und Raumfahrt sind dynamische mechanische Belastungen typisch und zuverlässigkeitskritisch. Daher wurden in der Vergangenheit Vibrationsversuche für Entwicklungs- und Qualifikationszwecke oder zur Ermüdungsanalyse durchgeführt, wobei der Fokus vieler Untersuchungen auf Weichlotverbindungstellen lag. In den genannten Anwendungsbereichen sind die Betriebsbedingungen jedoch vielmals durch überlagerte mechanische und thermische Belastungen gekennzeichnet. Es war bisher schwierig feldähnliche Belastungszustände in Experimenten widerzuspiegeln und gleichzeitig definierte Belastungsbedingungen, in-situ Messmöglichkeiten zu ermöglichen sowie ungewünschte Verhaltensweisen der Experimentaufbauten (z. B. unkontrollierte Änderungen des Probenverhaltens oder thermische Verspannungen) zu vermeiden. Diese Arbeit stellt einen experimentellen Ansatz vor, mit welchem die genannten Schwierigkeiten behoben bzw. reduziert werden können. Ein Versuchsträger samt zugehöriger Halterung sowie ein in-situ Messkonzept wurden entwickelt und getestet. Der Aufbau erlaubt es entweder systemadäquate Einspannbedingungen einschließlich typischer thermisch induzierter Verspannungseffekte für qualifikationsorientierte Tests nachzubilden oder verspannungsfreie Experimente für gezielte Ermüdungsuntersuchungen durchzuführen. Der Versuchsträger ist mit Standard- FR4 (Hoch-Tg) aufgebaut und für konventionelle SMT-Bauelemente ausgelegt. Die Vibrationsbelastung kann eine periodische Sinusschwingung im Frequenzbereich 50 Hz bis 1 kHz sein. Die überlagerten Temperaturbedingungen können entweder isotherm oder veränderlich (klassische Temperaturwechsel mit Haltedauern im Bereich z. B. 15 bis 60 min aber auch schnelle Wechsel zwischen Raum- und Hochtemperatur im Bereich <10 min sind möglich) sein. Schnelle Wechsel werden durch eine in den Versuchsträger integrierte Heizung realisiert. Zur kontaktlosen Verformungsmessung können, angepasst an die thermische Belastung, optische und kapazitive Sensoren eingesetzt werden. Mit dem beschriebenen Aufbau sind Versuche mit definierten Vibrations- und Temperaturbedingungen zur Untersuchung des Einflusses von Verformungsamplituden, -frequenzen und Temperaturmaxima, -gradienten, -haltedauern sowie Probengeometrie, -materialien etc. möglich. Es sind Voraussetzungen für Übertragung in analytische oder numerische Modelle geschaffen, mit denen lokale Beanspruchungen in Bauelementen oder Lotkontakten bestimmt werden können. In Verbindung mit den experimentell gewonnenen Schädigungsdaten wird so eine Lebensdauerbetrachtung bei überlagerten Belastungen zugänglich.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-487942.html