Charakterisierung und Zuverlässigkeitsbewertung verformungsbeanspruchter mikroelektronischer Systeme für die Mobilität der Zukunft

Abstract:
Die Analyse des thermomechanischen Zuverlässigkeitsverhaltens und der Robustheit gegen äußere Beanspruchungen hat mit erhöhten Anforderungen an die mikroelektronischen Baugruppen in den vergangenen Jahren an Bedeutung gewonnen. Besonders für die E-Mobilität und das autonome Fahren werden zukünftig erhöhte Anforderungen an die funktionale Sicherheit und Zuverlässigkeit elektronischer Komponenten und Systeme gestellt. Das erfordert erheblichen Forschungsbedarf nicht nur bei der Entwicklung neuer Elektroniksysteme, sondern auch bei der Optimierung der Prüf- und Qualifizierungsmethoden für deren Zuverlässigkeitsbewertung. Ziel muss es sein, Redundanzen zu vermeiden und das Versagen sowie die Restlebensdauer von elektronischen Komponenten und Systemen vorherzusagen bevor ein Defekt zum Ausfall des Systems führt. Im Beitrag werden Messmethoden auf Basis der digitalen Bildkorrelation microDAC(r) vorgestellt, mit denen Degradations-, Fehler- und Versagensmechanismen frühzeitig aufgezeigt werden, um darauf aufbauend mittels geeigneter Simulationsverfahren (FEM) Aussagen zu Lebensdauer und zuverlässigkeitsgerechtem Design abzuleiten. Somit können sowohl die Materialkenndaten für die eingesetzten Materialien im Elektronikverbund (z. B. bestückte Leiterplatte) als zuverlässige Eingangsgrößen für die FEM ermittelt, als auch die Ergebnisse der FESimulation mit aussagekräftigen hochgenauen Analysen zum Verformungs- und Schädigungsverhalten verifiziert werden. Das große Potential der microDAC(r)-Methodik wird beispielhaft anhand von Untersuchungsergebnissen mechanisch bzw. thermo-mechanisch beanspruchter elektronischer Verbindungen und Systeme (Lot- und Sinterverbindungen, Leiterplatte) gezeigt. U. a. werden Ergebnisse aus dem Forschungsprojekt radar4FAD vorgestellt, in dem die Zuverlässigkeitsuntersuchung von elektronischen Aufbauten fahrzeugspezifischer Radarmodule unter thermischer Beanspruchung thematisiert wurde.