Statistische Datenanalyse und numerische Methoden zur Genauigkeitssteigerung von Lebensdauerprognosen für Lötverbindungen der Elektronik

Im Fokus dieser Arbeit steht die Schädigung der Lötverbindungen durch thermomechanische Belastung. Zweipolige Keramikwiderstände werden experimentell und mit strukturmechanischer Berechnung untersucht. Die FEM-Simulation (FEM, Finite-Elemente-Methode) wird als begleitendes Hilfsmittel vom Prüfkörperdesign bis zur Schädigungsauswertung eingesetzt. Die statistische Datenanalyse von Lötstellenmerkmalen in ihrem Ausgangszustand sowie nach thermomechanischer Belastung wird in dieser Arbeit mit der numerischen Simulation der Beanspruchungen im Lötkontakt kombiniert, um eine aussagekräftige Lebensdauermodellgleichung zu erzeugen.
Mit einem individuell entwickelten Baugruppendesign ist eine homogene Temperaturwechselbelastung der einzelnen Prüfkörper und eine detaillierte Analyse der Lötstellenmerkmale möglich. Es werden 9000 Bauelemente und damit 18000 Lötstellen vor und nach der Belastung mit optischen, radioskopischen und metallographischen Analyseverfahren ausgewertet. Mit Hilfe von 9000 Profilometriemessungen werden 126000 Messwerte erfasst und sechs verschiedene Geometrieparameter für jede Lötung identifiziert. Die Schädigungsbeurteilung der Lötverbindungen basiert auf 36000 Röntgenbildern und 450 Querschliffen. Zwei Lötgeometrievarianten und drei Substratvarianten erzeugen bei Temperaturwechselbelastung signifikant unterschiedliche Beanspruchungen in den Lötstellen und bilden so sechs unterschiedliche Prüfkörpervarianten. Im Experiment werden die Relevanz verschiedener Lötstellenmerkmale auf den Ausfallzeitpunkt, die Veränderlichkeit der Lötstellenmerkmale bei thermomechanischer Belastung sowie die Korrelation der Merkmale im Ausgangszustand analysiert und bewertet. Bei der Ergebnisauswertung der strukturmechanischen Simulation werden verschiedene Auswertungsvarianten verglichen, um einen für die Schädigung der Lötung repräsentativen Wert zu berechnen.