Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme
Die Zuverlässigkeitsbewertung von elektronischen Komponenten und Systemen ist stark von deren mechanischen Eigenschaften abhängig. Im Mikro- und Nanobereich bietet die instrumentierte Nanoindentation eine präzise Methode um lokale Eigenschaften von Werkstoffen zu ermitteln.
Methode:
Im Forschungsschwerpunkt „Elastisch-plastische Kennwertermittlung mittels Nanoindentation“ wird die Verwendung der instrumentierten Nanoindentation zur Ermittlung von elastisch-plastischen Materialkennwerten untersucht. Dabei werden Messungen mit unterschiedlichen Geometrien der Indenterspitzen durchgeführt. Die Spitzengeometrie führt zu einem charakteristischen Kraft-Weg-Verhalten bei der Eindringprüfung, die Rückschluss auf das mechanische Werkstoffverhalten gibt.
Experimentell werden die Kraft-Weg-Verläufe gemessen und mit numerisch berechneten Kurven verglichen. Die numerisch berechneten Kurven basieren auf parametrischen finite Elemente Simulationen. Eine Vielzahl von Berechnungen mit unterschiedlichen Materialparametern dient der Erstellung eines Metamodels. Rekursiv können über dieses Modell zeiteffizient die Materialkennwerte unter Annahme eines zugrunde liegenden Materialmodells ermittelt werden, ohne dass weitere FE-Berechnungen notwendig sind.
Forschungsschwerpunkt stellt die Anwendung auf Systeme mit dünnen Schichten dar, bei welcher der Einfluss des Schichtaufbaues berücksichtigt werden muss. Des Weiteren sind Charakterisierungen in Abhängigkeit der Temperatur anvisiert. Letztendlich benötigen alle Schritte entsprechende Validierungen.