Zuverlässigkeitsbetrachtungen bei Leiterplattenkomponenten - thermomechanische FEM-Simulation
Die verbindende Komponente in der Elektronikentwicklung ist in der Regel die Leiterplatte (Printed Circuit Board PCB). Die zuverlässige Funktionalität dieser zentralen elektronischen Einheit unter verschiedensten Umwelteinflüssen ist dabei die wesentliche Herausforderung in der Entwicklung.
Vor allem das thermomechanische Verformungsverhalten spielt während der Fertigung als auch im Betrieb eine zentrale Rolle. Thermomechanische FEM-Simulationen helfen hierzu bereits vor der Herstellung und Testphase mögliche Layout-Schwachstellen zu identifizieren und Abhilfemaßnahmen zu entwickeln. Ausgangspunkt für die Simulationen sind detaillierte MCAD und ECAD-Layoutinformationen. Im ersten Teil des Vortrags wird gezeigt, wie mit diesen Detailinformationen effizient aussagekräftige FEM-Modelle aufgebaut werden können.
Mit solchen Modellen sind gezielte Vorhersagen des Verformungsverhaltens im ReflowLötprozess möglich und es können Bewertungen zum Erfolg von zuverlässigen Lötverbindungen durchgeführt werden. Als zweiter Aspekt wird die Zuverlässigkeit von Lötverbindungen im Betrieb betrachtet. Die Beanspruchungen dieser Verbindungen resultieren häufig aus zyklisch thermischen Belastungen mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen zwischen Bauteil und Leiterplatte. Beispielhaft wird gezeigt, wie mit Hilfe der FEM-Simulation eine Lebensdauerabschätzung der Lötverbindung einer BGA-Baugruppe durchgeführt werden kann. Numerische Sensitivitätsuntersuchungen stellen die Abhängigkeit des Lebensdauerergebnisses von den gewählten, meist unsicheren Materialparametern dar.
