Lebensdauerbestimmung für Lotkontakte von SMD-Bauelementen unter Vibrations- und Temperaturbelastung

Die Anzahl elektronischer Baugruppen im Automobil ist in den letzten Jahren stark angestiegen und nimmt weiter zu. Dabei wird eine Vielzahl dieser Baugruppen motor-, getriebe- oder fahrwerksnah verbaut und ist damit hohen mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt. Die Lebensdauererwartungen an die Baugruppen werden bei 25 Jahren oder mehr gesehen. Um dies zu erreichen, ist eine Baugruppenentwicklung auf Basis fundierter Forschungsergebnisse erforderlich. Um Zugang zum Zuverlässigkeitsverhalten der Lotkontakte zu erhalten, ist es erforderlich, die Schädigung der Lotkontakte durch Vibration und Temperatur zu untersuchen. Mit diesem Hintergrund wurden Vibrationsexperimente bei Raumtemperatur an Probekörpern im Herstellungszustand und nach isothermer Alterung (1000 h @ 150 °C) durchgeführt. Darüber hinaus wurden Probekörper im Herstellungszustand Vibrationsexperimenten bei erhöhter Temperatur (125 °C) ausgesetzt. Als Versuchsträger diente eine streifenförmige Leiterplatte. Auf dieser wurden keramische Chipkondensatoren bzw. SMD-Transformatoren montiert. Für die Durchführung der Vibrationsexperimente bei erhöhter Temperatur wurde die Versuchsleiterplatte um die Funktion eines integrierten, lokal an der Bauelementposition wirkenden Heizers erweitert. Im Anschluss an die Belastung mit definierter Schwingzyklenanzahl (1 x 10 6...200 x 10 6) wurden die Lotkontakte in metallografischen Schliffen auf Risse und mikrostrukturelle Änderungen geprüft. Anhand eines Finiten-Element-Modells wurden die in den Lotkontakten auftretenden Spannungen berechnet. Auf Basis der experimentell bestimmten Ausfallschwingzyklenzahlen und der berechneten Spannungen konnten Lebensdauermodelle abgeleitet werden.