Zuverlässigkeit der Heterointegration von oberflächenmontierbaren Bauelementen für die flexible Elektronik

Abstract:
Die mechanische Flexibilität wird immer interessanter für die Elektronik und wird auch in diesem Umfeld immer wichtiger. Vor allem die gedruckte Elektronik ist hierbei ein Treiber für diese Entwicklung. Jedoch kommen für hochintegrierte Anwendungen weiterhin starre Bauelemente zum Einsatz. Die Integration von hochfunktionalen starren Bauelementen in mechanisch flexible Systeme mit bekannten Technologien zu einem heterogenen Aufbau ermöglicht eine hohe Produktivität und Zuverlässigkeit der Prozesse, da diese Prozesse weitgehend etabliert sind. Jedoch ist die Zuverlässigkeit des Systems selbst zu ergründen. Dazu wurde ein Biegeversuchsstand aufgebaut. Dieser ermöglicht eine zyklische Biegung mit einem definierten Radius. In dieser Arbeit wurde die Zuverlässigkeit von oberflächenmontierten passiven zweipoligen Bauelementen untersucht. Dazu wurde ein spezielles Testsubstrat entworfen und aufgebaut. Variiert wurden dabei der Biegeradius, die Montageorientierung und die Bauelementegröße. Als Verbindungstechnologie wurde das Löten verwendet. Als Basismaterial wurde Polyimid als prominentester Vertreter für die flexible Elektronik gewählt. Anhand der Ausfallraten konnte mit einer Weibullanalyse eine Lebensdauerabschätzung durchgeführt werden Die ersten Ergebnisse zeigen wie erwartet eine starke Abhängigkeit vom Biegeradius und der Bauelementegröße. Die Schadensorte verteilten sich dabei auf die Lotkontaktierung und auf die Kupferleitungen im Substrat. Mithilfe der Ergebnisse konnten Designempfehlungen erarbeitet werden. Derzeit wird an einem FEM-Modell gearbeitet, um die Lebensdauern auch für unbekannte Bauelementgrößen und neue Designs abschätzen zu können.