Eine effiziente Methodik zur Vorhersage der Lebensdauer von bleifrei geloteten BGA-Lotstellen

摘要

Das Ziel dieser Untersuchung war die umfassende Betrachtung des Lebenszyklus eines BGA-Bauelements. Dazu wurden LFBGA-345 mit SAC405-Lotverbindungen unter Temperaturwechsel- und Temperaturschockbelastungen untersucht. Die Proben wurden metallographisch prapariert und lichtmikroskopisch auf ihre Schadigung analysiert. Fur alle Proben wurde die Risslange der Lotverbindungen als Schadigungsparameter gemessen. Die als lokale Belastungsgrosse relevante viskoplastische Dehnung wurde durch FE-Simulationen berechnet. Aus der linearen Anpassung der Schadigung an die Dehnung bestimmen sich die Anrisszyklenzahl N_0 und die Rissfortschrittsrate da/dN. Die mittlere Zyklenzahl N_f bis zum Versagen der Lotverbindungen wurde aus diesen Daten berechnet und mit den numerisch ermittelten Schadigungsparametern korreliert. Die dargestellte Untersuchung erweitert die bislang verfugbaren Lebensdauermodelle nun zu hohen Zykluszahlen und sehr kleinen Belastungen. Weiterhin wird beschrieben, wie die Zuverlassigkeit der bleifreien Lotverbindungen schon in fruhen Entwicklungsphasen quantitativ untersucht werden kann. Eine besondere Bedeutung hierbei hat die Berucksichtigung der Toleranzen der Herstellungsprozesse. Zur Modellierung der Streuung von Zielgrossen wurden Monte-Carlo-Verfahren verwendet, um die Wirkung der Veranderlichkeit von Eingangsparametern auf Lebensdauervorhersagen zu untersuchen. Die relevanten lokalen und globalen Einflussgrossen, welche die Lebensdauer der Baugruppe beeinflussen, wurden identifiziert. Die Wirkung der einzelnen Parameter wurde durch Korrelation zwischen jeder Einflussgrosse und der Lebensdauer ermittelt. Hierauf aufbauend wurden statistische Modelle entwickelt, um die thermomechanische Zuverlassigkeit der BGA vorauszusagen. Mit der vorgestellten probabilistischen Methode ist es moglich, neben der Einflussgrossen-Wirkungs-Analyse auch Weibull-Kurven durch Simulation zu erzeugen.