Beiträge zur viskoelastischen Charakterisierung polymerer Werkstoffe der Aufbau- und Verbindungstechnik der Elektronik

Um verlässliche Vorhersagen zur Lebensdauer elektronischer Baugruppen treffen zu können, muss ein enormer Aufwand betrieben werden. Dazu werden die Baugruppen oder Komponenten umfangreichen thermischen, mechanischen, elektrischen und funktionellen Tests unterzogen. Die aus spezifischen Zuverlässigkeitstests gewonnenen Lebensdauerdaten werden zur Erstellung von Ermüdungsmodellen (Weibull, Coffin-Manson) herangezogen. Virtuelle Methoden gewinnen zunehmend an Bedeutung, um den experimentellen Aufwand zu senken und damit Einsparungen zu erreichen. Thermo-mechanische Simulationen (z. B. FEM) werden zur Abschätzung der im heterogenen Materialverbund (Metall, Kunststoff, Keramik) durch die thermische Fehlanpassung auftretenden mechanischen Spannungen und Dehnungen genutzt. Damit können frühzeitig kritische Bereiche und Schwachstellen beim Package-Design erkannt und behoben werden. Die Anzahl der notwendigen Iterationen bei der Entwicklung zuverlässiger Elektronikmodule wird reduziert. Für diese Simulationen sind korrekte Materialmodelle aller abgebildeten Materialien notwendig. Diese Arbeit leistet wichtige Beiträge zur Modellierung polymerer Materialien im Package-Aufbau elektronischer Baugruppen. Dazu erfolgte nach der grundsätzlichen Beschreibung des viskoelastischen Materialverhaltens die Erstellung eines komplexen Schemas zur vollständigen Charakterisierung epoxydbasierter Polymere der Aufbau- und Verbindungstechnik der Elektronik. Nachfolgend wurden die geeigneten Experimentalaufbauten vorgestellt und Besonderheiten bei der Probenpräparation aufgezeigt. Im Anschluss dessen wurden Untersuchungen an typischen isotropen und anisotropen Materialien durchgeführt. Als isotrope Werkstoffe wurden Untersuchungen an zwei Spritzgussmassen, einer Lotstoppmaske, einem Wafer Photo Resist und zwei Klebstoffen durchgeführt. Die Kenngrößen Elastizitätsmodul und Kompressionsmodul wurden bestimmt und bezüglich ihrer Temperatur- und Zeitabhängigkeit charakterisiert. Anisotrope Basismaterialien für Leiterplatten wurden untersucht. Die Zielstellung war die grundlegenden Charakterisierung und die Abschätzung der Hochtemperatureignung bis 165 °C Dauertemperatur. Die Überführung der Messdaten in Materialmodelle wurde beispielhaft dargestellt. Auf bedeutende Effekte wie der Aushärteschrumpf, die Nachhärtung und die Feuchteaufnahme und deren Auswirkungen auf die viskoelastischen Eigenschaften wurde zusätzlich eingegangen.