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Abschatzung der Zyklenfestigkeit von elektrischen Durchkontaktierungen thermisch beanspruchter Leiterplatten mit Hilfe experimenteller und simulativer Methoden

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Die gegenwartigen Entwicklungen von mehrlagigen Leiterplatten als elektromechanisches Verbindungselement zeigen eine deutliche Zunahme der Packungsdichte bei zunehmender Miniaturisierung der einzelnen Komponenten. Damit ist eine extreme Herausforderung an die Zuverlassigkeit des Gesamtsystems verbunden. Um die Zuverlassigkeit von entsprechend designten Leiterplatten in dem jeweiligen Temperaturbereich fur die jeweilige Anwendung optimieren zu konnen, sind umfassende Kennnisse vom elektrischen, thermischen und mechanischen Werkstoffverhalten erforderlich. In diesem Beitrag wird der Fokus auf die mechanische Charakterisierung relevanter Werkstoffeigenschaften, wie das Spannungs-Dehnungs-Verhalten von Kupfer-Durchkontaktierungen gelegt. So werden mit Hilfe der instrumentierten Harteprufung im Nanobereich (Nanoindentation) in Cu-Hulsen lokale Werkstoffkennwerte, wie Modul und Fliessgrenze bestimmt. Im Weiteren werden Ergebnisse aus der EBSD-Analyse vorgestellt und strukturelle Anderungen der Cu-Qualitaten in der Cu-Hulse diskutiert, die ursachlich fur eine veranderte Zyklenfestigkeit verantwortlich sein konnen. Die experimentell ermittelten Ergebnisse werden FE-Simulationswerkzeugen zugefuhrt. Neben der Einbindung der mechanischen Werkstoffparameter erfolgt die FE-Modellierung zusatzlich unter Berucksichtigung von Geometrieparametern. Dadurch konnten vorhanden FE-Modelle angepasst bzw. modifiziert werden. In Kombination der experimentellen und simulativen Ergebnisse erfolgt eine Sensitivitatsanalyse zum Einfluss der ermittelten Werkstoffparameter auf die Zyklenfestigkeit von Cu-Durchkontaktierungen. Dadurch lassen sich im Vorfeld der Fertigung die Grenzen der Beanspruchungen von Leiterplatten fruhzeitig aufzeigen.

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