Elektromagnetische und thermomechanische Charakterisierung und Zuverlässigkeitsbewertung

Langzeit-Zuverlässigkeitstests unter Feldbedingungen und Evaluierung von Beschleunigungsfaktoren

© Fraunhofer ENAS
Typische Beschädigung von SnAgCu-Lötverbindungen nach 4,5 jährigen thermischen Zyklen (6500 Feldzyklen).
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Charakteristische Initialschäden von Innolot-Lotschäden nach 3,5 jährigen thermischen Zyklen (4800 Feldzyklen).
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Stolleneingang

Die Nutzung von mikrotechnischen Aufbauten unter harschen Einsatzbedingungen erfordert eine hohe Langzeit- Zuverlässigkeit für den Betriebsfall. Durch den Einsatz neuer komplexerer Baugruppen aber auch neuer Verbindungswerkstoffe besteht ein Mangel an Aussagen zum Zuverlässigkeitsverhalten unter solchen feldnahen Beanspruchungsbedingungen. Diese Bedingungen bestehen häufig vornehmlich in langsamen Temperaturwechselbeanspruchungen mit relativ geringem Hub und hohem Feuchteeinfluss. Die Tests sind nicht nur sehr zeitaufwendig sondern erfordern unter Laborbedingungen auch einen extrem hohen Energieaufwand. Es wurde daher nach einer energiesparenden Variante für die Tests gesucht und in einer ungewöhnlichen Lösung realisiert: Durch Platzierung von Temperaturkammern in einem früheren Bergwerk können feldnahe Bedingungen ohne künstliche Kühlung und Befeuchtung realisiert werden, da ganzjährig ein großes Luftvolumen mit einer Temperatur von ca. 8 – 12 °C, einer relativen Feuchte von 70 – 98 % und einer hohen Luftströmung verfügbar ist. Es wurden aus laufenden Feldtests an industriell gefertigten elektronischen Baugruppen mit einer Thermozyklusbeaufschlagung 21 / 93 °C, 6 Stunden Zyklusdauer, nach. 3 ½ Jahren und 4 ½ Jahren (entsprechend 4800 und 6500 Feldzyklen) Proben entnommen und analysiert. Dabei konnten materialabhängige Schädigungsprozesse durch Rissbildungen in den Lötverbindungen von keramischen Bauelementen festgestellt und mit theoretischen Prognosen verglichen werden, wobei verschiedene Prognostikmodelle starke Abweichungen von der Realität gezeigt haben. Darüber hinaus wurden für Innolot-Verbindungen ein neuer Schädigungsmode gefunden.