Thermische Ermüdung von Mikroelektronik
Aufgrund der stetigen Entwicklung von Mikroelektronik, insbesondere der andauernden Verkleinerung bis in den Nanobereich, ist die Erforschung thermischer und mechanischer Ermüdung bei Elektronikwerkstoffen mittlerweile unerlässlich. Verschiedene Inhomogenitäten, Restspannungen aus Fertigungsprozessen und extreme Umweltbedingungen tragen zu einer Delaminierung der Schnittstellen und Ermüdung der Lötverbindungen bei. Da derzeit keine Standard-Testmethode verfügbar ist, wurde im MEVIPRO-Projekt eine Testmethode mit numerischen Simulationen für die Bewertung dieses Fehlertyps kombiniert. Ausgelegt für die experimentelle Untersuchung der Deformierung von Verbundwerkstoffen bei thermischen Scherbelastungen wurde der Test sinngemäß als "Thermal Lap Shear Test" bezeichnet. Der Test basiert auf dem thermischen Ungleichgewicht einer Lap Shear-Probe, die mit einer beliebigen Verbindung auf einem Lastrahmen mit leicht unterschiedlichem Wärmeausdehnungskoeffizient montiert ist. Dieser ist dafür ausgelegt, die Deformierung und Degradierung der Verbindungsoberfläche unter dem Mikroskop sichtbar zu machen und lokale Messungen mithilfe der MicroDAC-Methode zu ermöglichen. Die lokale mikroskopische Analyse der deformierten Verbindungsoberfläche ermöglicht die Beobachtung lokaler Deformierungen bei verschiedenen Temperaturen. Die Ergebnisse können zur visuellen Darstellung lokaler Bewegungen der Mikrostruktur auch als Videosequenz abgespielt werden. Somit werden die grundlegenden Mittel für die Anpassung der ermüdungsbasierten Rissausbreitung an die Ergebnisse der Finite-Elemente-Berechnung sowie für Vergleiche mit numerischen Simulationen bereitgestellt. Der Test ist sowohl für statische Belastungen durch Erwärmung und Abkühlung mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten als auch für thermische Belastungen in der Temperaturkammer des Mikroskops geeignet. Er wurde von Forschern des FhG-IZM für die Untersuchung der Deformierung und des Versagens von SnPb-, SnAg- und SnAgCu-Proben in verschiedenen Stufen des thermischen Belastungstests verwendet. Die kombinierte Methode aus Experimenten und Berechnungen hat Potenzial für die universelle Anwendung bei Untersuchungen der ermüdungsbasierten Degradierung von Loten mit störenden Legierungselementen, elektronischen Klebern und vielem mehr gezeigt.
