Abschätzung Systemzuverlässigkeit aus Komponentenverhalten

Typische elektronische Systeme bestehen aus Modulen mit Leiterplatten, auf denen Komponenten in Form aktiver und passiver Bauelemente aufgelötet sind. Die Einsatzgebiete dieser Systeme werden sich in den kommenden Jahren noch einmal deutlich ausweiten, wobei insbesondere Anwendungen mit rauen Betriebsbedingungen und gleichzeitig hohen Zuverlässigkeitsanforderungen hinzukommen - u.a. für die weitere Digitalisierung der Industrie, für neue Infrastrukturmaßnahmen, z.B. zur intelligenten Versorgung mit Elektroenergie sowie für das elektrische und das automatisierte Fahren. All diese neuen Anwendungen haben gemeinsam, dass die elektronischen Komponenten und Systeme im Betrieb starken Temperaturänderungen ausgesetzt sein werden. Aufgrund ihres komplexen Aufbaus aus Halbleiterkristallen, Keramikchips, Metallschichten und verschiedenen organischen Werkstoffen, die sich thermisch jeweils sehr unterschiedlich ausdehnen, kommt es in diesen Systemen zyklisch zu hohen thermo-mechanischen Belastungen. Diese können Werkstoffermüdung, Risse und Brüche bewirken und somit zum Funktionsausfall des Systems führen.

Ein aktuelles Forschungsziel besteht darin, die wirkenden Ausfallmechanismen genau zu bestimmen, auf dieser Basis die Lebensdauer der neuen Systeme vorherzusagen und Designvor-schläge erarbeiten zu können, um den Anforderungen an die Zuverlässigkeit bereits mit dem ersten Aufbau gerecht zu werden. Dies umfasst auch die Erweiterung der Methodik zur Abschätzung der thermo-mechanischen Zuverlässigkeit elektronischer Systeme aus dem Ausfallverhalten ihrer Einzelkomponenten, welche das Wirken der Ausfallmechanismen mit in Betracht zieht, während bisher von einer konstanten Fehlerrate ausgegangen und somit weder Alterung noch Verschleiß einbezogen wird.