Fur auf DCB-Substraten verlotete Bauelemente entstehen durch thermische Zyklusbelastung mechanische Belastungen durch die Fehlanpassung, die zur Ermudung deren Lotverbindungen fuhren konnen. Fur keramische Zweipoler, z.B. Chipwiderstande und -kondensatoren, ist als Faustregel fur Aufbauten auf Leiterplatten bekannt, dass der "thermische Mismatch" mit der BE-Grosse zunimmt, die Lotverbindungen grosser Bauelemente daher eher ausfallen. Fur Aufbauten auf keramischen Schaltungstragern wird gemeinhin dieses Problem als weit geringer angesehen, da das Substrat besser angepasst ist, der thermische Mismatch daher gering ausfallt. Diese fur Aufbauten mit im Vergleich zur Keramik dunnen Metallisierungen sicherlich richtige Annahme wurde hinterfragt fur dicke Metallisierungen mit hoher Stromtragfahigkeit. Es wurden dazu fur DCB-Aufbauten mit Substraten verschiedener Dicke sowohl experimentelle Verformungsmessungen als auch FE-Simulationen mit dem Ziel durchgefuhrt, die Lotbeanspruchung fur Zweipoler, die uber die Atzgraben der Cu-Metallisierung gelotet werden, zu analysieren. Es wurden dabei Effekte der Verkopplung des Substrats zum Heatsink, das Eigenwolbverhalten des Substrates mit verschiedenen Layouts auf Vorder- und Ruckseite sowie das lokale Beanspruchungsverhalten von Lotverbindungen von Chipkondensatoren (Bauformen 0805 und 1206) untersucht. Es konnte herausgearbeitet werden, dass bei geeigneter Wahl der warmeleitenden Verbindung zur Heatsink das DCB von dieser entkoppelt ist sowie durch geeignete Wahl des Ruckseitenlayouts das Eigenwolbverhalten optimiert werden kann. Daruber hinaus wurde ein Ausdehnungs-Phanomen festgestellt, das Phanomen des lokal scheinbar negativen CTE auf der DCB-Oberseite. Es entsteht an den freigeatzten Kanten durch die grossere thermische Eigendehnung des strukturierten DCB Kupfers, welches an seiner Unterseite durch die Keramik festgehalten wird und an seiner Oberseite sich relativ starker in den freien Spalt hinein ausdehnt. Dadurch schliesst sich der Spalt bei Erwarmung, resultierend in einem scheinbar negativen CTE an der Oberseite mit Maximum unmittelbar an den Cu-Kanten. Dieser negative CTE fuhrt in Verbindung mit dem positiven CTE des Bauelementes zu einem grossen thermischen Mismatch. Wird ein Zweipoler in diesem Bereich ohne Kenntnis des Phanomens gelotet, kann es zu einem fruhen Ausfall der Lotverbindungen kommen. Es besteht eine komplizierte Abhangigkeit von DCB-Dicke, Spaltbreite und Zweipoler-Grosse. Im Fall einer dicken Cu-Metallisierung werden die Lotverbindungen eines kleinen Bauelementes, welches den Spalt gerade uberbruckt, hoher beansprucht als eines grosseren, dessen Lotverbindungen weiter vom Azgraben entfernt sind. Damit wir die o.g. Faustregel in ihr Gegenteil verkehrt. Auf der Basis der im Paper diskutierten Simulationsergebnisse kann der Anwender wichtige Hinweise fur die Problematik und deren Vermeidung entnehmen.
展开▼
