Conseguenze della fatica termica in microelettronica
Visto lo sviluppo tendenziale della microelettronica verso una miniaturizzazione a livello di nanoscala, la ricerca nel settore della fatica termica e meccanica dei materiali elettronici è diventata un prerequisito. Numerose inomogeneità, fatiche residue generate nel processo di fabbricazione, e condizioni ambientali estreme, contribuiscono allo sfaldamento dell'interfaccia e alla fatica delle saldature. Poiché al momento non esiste una metodologia standardizzata di prova, ne è stata messa a punto una nel quadro del progetto MEVIPRO, con simulazioni numeriche che consentono di valutare questo tipo di difetto. Pensata per l'indagine sperimentale della deformazione delle leghe sottoposte a carichi di tagli indotti termicamente, la metodologia, è stata quindi chiamata 'Thermal Lap Shear Test'. Il test si basa sul disaccoppiamento termico di un campione lap-shear, con una giunzione arbitrariamente tagliata e montata su un quadro di carico a coefficiente di espansione termica leggermente differente. L'obiettivo è di rendere visibile la deformazione e il degrado della superficie della giunzione grazie a osservazioni microscopiche, o di fornire misurazioni in situ usando il metodo MicroDAC. L'analisi microscopica in situ della superficie deformata della giunzione consente di osservare le deformazioni a differenti temperature, che possono essere visualizzate come sequenza video per mettere in risalto i movimenti microstrutturali locali. Sono così disponibili i mezzi essenziali per regolare la propagazione della frattura da fatica a quella calcolata con l'analisi dell'elemento finito, e per confrontarle con le simulazioni numeriche. Il test può essere applicato sia ai carichi statici, indotti dal riscaldamento e successivo raffreddamento a valori differenti, che ai carichi con cicli termici indotti nella camera di temperatura del microscopio. È stato usato dai ricercatori del FhG-IZM per analizzare la deformazione e rottura di campioni SnPb-, SnAg- e SnAgCu a differenti momenti del ciclo termico. La metodologia combinata sperimentale/numerica ha mostrato le possibilità di uso universale negli studi sul degrado per fatica delle saldature con elementi di lega spuri, adesivi elettronici e altro.
