Zuverlassiges Design von Aluminiumdickdrahtbonds bei Temperaturwechselbelastung von Steuergeraten mit Gehausen aus glasfaserverstarktem Kunststoff am Beispiel ESP

摘要

Das Elektronische Stabilitats-Programm (ESP) liefert einen wesentlichen Beitrag zur Fahrzeugsicherheit im Bereich Fahrdynamik. Die Sicherheitsrelevanz dieses Systems erfordert ein hohes Mass an Zuverlassigkeit. Aufgrund des haufig motornahen Anbaus ist das Steuergerat des Systems hohen Umweltbelastungen ausgesetzt. So ist, bedingt durch hohe Temperaturbelastung, die zuverlassige thermomechanische Auslegung des Steuergerats von zentraler Bedeutung. Insbesondere durch die komplexe Verformung geklebter, glasfaserverstarkter Kunststoffgehause in Kombination mit Werkstoffen mit deutlich abweichender thermischer Ausdehnung (Kunststoffe, Keramik, Metall, etc.) kommt es zu mechanischen Belastungen der Bauelemente sowie der Elemente der Aufbau- und Verbindungstechnik. Aluminiumdickdrahtbonds, die zur Verbindung der elektronischen Schaltung mit elektrischen Komponenten von z.B. Magnetspulen und Steckerpins verwendet werden, stehen aufgrund der moglichen elastisch-plastischen Verformung besonders im Fokus. Der Vortrag zeigt die systematische Vorgehensweise, wie die Verformung durch den Klebeprozess sowie die thermische Verformung des glasfaserverstarkten Kunststoffgehauses mittels Optimierungsverfahren an die gemessene Verformung angepasst wird. Anschliessend wird das Temperaturlastkollektiv durch FE-Berechnungen des Steuergerats auf lokale Belastungskollektive einzelner Bonds umgerechnet. Mittels elastisch-plastischer FE-Berechnung von Bondsubmodellen und unter Verwendung eines geometrieunabhangigen Lebensdauermodells fur Aluminiumdickdrahtbonds wird die Geometrie des jeweiligen Bondloops optimiert, um die geforderte Lebensdauer sicher zu erreichen. Somit steht eine Vorgehensweise zur Verfugung, um die Zuverlassigkeit von Bondverbindungen in der Fruhphase des Entwicklungsprozesses zu gestalten.