Entwicklung eines viskoplastischen schädigungsmechanischen Werkstoffgesetzes für Lotwerkstoffe in Mikroelektronik

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Lotverbindungen der Mikroelektronik sind in ihrem betrieblichen Einsatz zumeist statisch und zyklisch auftretenden thermischen und mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt, die zu großen zeit- und temperaturabhängigen inelastischen Verformungen führen. Das Versagen geschieht überwiegend durch eine Kombination von niederzyklischer Ermüdung und Kriechschädigung. Das Ziel des Projektes besteht in der Entwicklung eines werkstoffmechanischen Materialmodells für moderne bleifreie Lotwerkstoffe, um damit eine genauere Analyse der Beanspruchungssituation in Lotverbindungen zu ermöglichen und die Vorhersage ihrer Zuverlässigkeit und Lebensdauer wesentlich zu verbessern. Dieses viskoplastische schädigungsmechanische Materialmodell kann alle relevanten Eigenschaften wie Kriechen, Temperaturabhängigkeit, Plastizität sowie zyklische Entfestigung und Schädigungsentwicklung der Lotwerkstoffe beschreiben. Das Materialgesetz wird zunächst für einachsige Beanspruchungszustände ausgearbeitet und anhand experimenteller Untersuchungen (Zug-, Kriech-Relaxations- und zyklische Versuche) verifiziert und identifiziert. Danach wird es auf beliebige mehrachsige Beanspruchungen verallgemeinert und als Materialroutine in ein FEM-Programmsystem implementiert. Durch numerische Analyse (Simulation) von Wechsellastversuchen konkreter Lotverbindungen wird die Aussagefähigkeit des Materialmodells zur Lebensdauerbewertung geprüft.