Die WK-Potenzial-Initiative

Die Anforderungen an die Werkstoffauswahl für neuartige Mikrosysteme, 3D-Packages, heterogene Elektroniken, aber auch Mikrosensoren und Mikroaktoren, stellt die Unternehmen fortwährend vor hohe technologische Herausforderungen.

Sie erfolgt im Wesentlichen nach Gesichtspunkten der elektrischen, mechanischen und thermischen Materialeigenschaften sowie der Kompatibilität mit anderen Werkstoffen, der Prozessfähigkeit und den Kosten. In elektro-mechanischen Baugruppen sind die Werkstoffe in hohem Maße den Temperaturschwankungen der Umgebung ausgesetzt. Infolgedessen treten Wechselwirkungen innerhalb der Baugruppe auf. Ursache sind unterschiedliche thermische Werkstoffeigenschaften, welche die Induzierung von mechanischen Spannungen und Dehnungen in den Materialen sowie in Verbindungsstellen verursachen. Dieser Tatsache geschuldet stellt die Temperaturwechselbelastung die häufigste Ausfallursache von elektronischen Produkten dar.

Durch das Institutsteil Dresden des Fraunhofer-Instituts für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP wurde ein relativ einfacher Ansatz zur Lebensdauerprognostik von mikromechanischen Verbindungsstellen, wie sie in Sensoren und Mikrosystemen zahlreich vorkommen, erarbeitet. Mit diesem Ansatz gelingt es, das Schädigungs- bzw. Ermüdungsverhalten von Verbindungsmaterialien im Verbund zu untersuchen und zu überwachen. Gab es bisher nur die Aussage, dass die Verbindung funktioniert bzw. nicht mehr funktioniert, ist es zukünftig möglich, den Verlauf der mechanischen Belastung (mech. Spannung und Dehnung) bis zum Ausfall als wesentliche Degradationsgrößen für die Zuverlässigkeitsbewertung heranzuziehen.

Der zerstörungsfrei und lückenlos arbeitende Ansatz soll in Form eines einfach zu bedienenden Messgerätes die Entscheidungsgrundlage für die Material- und Prozessauswahl in der Industrie beschleunigen und eine den Einsatzbedingungen relevante Lebensdauerabschätzung gewährleisten.
 

Die Ziele

Das Ziel des Projektes ist die Umsetzung des Messprinzips zur Bestimmung von temperaturgetriebenen Schädigungen in Verbindungsstellen in elektronischen Produkten und in Mikrosystemen. Das Messprinzip soll die an den Verbindungsstellen wirkenden Kräfte und Verformungen in direkter Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur messen.

Es soll ein einfach und schnell anpassbares Messsystem entstehen, mit dem es möglich ist, eine thermo-mechanische Zuverlässigkeitsbewertung und Lebensdauerabschätzung von Werkstoffen, bei gleichzeitiger Prüfung der Grenzflächen, geben zu können.

In dem geplanten Projekt soll sich auf Verbindungsstellen im Materialverbund von Mikrosystemen konzentriert werden, da insbesondere die Aufbau- und Verbindungstechnik bzw. Mechatronik ein hohes Verwertungspotential erwarten lässt. Diese Kontakt- oder Verbindungsstellen sind u.a. Klebeverbindungen, Lötverbindungen, Sinterverbindungen, Mikroschweißverbindungen (Drahtbondverbindungen), Mikronieten und Krimpverbindungen.

Die Projekte

Das Projekt gliedert sich in drei wesentliche Arbeitspakete, in dem ein Funktionsdemonstrator aufgebaut wird, mit dem das Potential des Messgerätes als Alternative und Ergänzung zu klassischen Bewertungsverfahren untersucht und validiert werden soll.

1. Entwurf und Aufbau des iQPro Funktionsdemonstrators
2. Test und Validierung des iQPro Funktionsdemonstrators
3. Systementwurf und Akzeptanzsteigerung

Die Partner

• Fraunhofer Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren (Konsortialführung)
  http://www.izfp-d.fraunhofer.de/
• Hegelwald und Peschke Mess- und Prüftechnik GmbH
  http://www.hegewald-peschke.de
• A.S.T. Angewandte System-Technik GmbH
  http://www.ast.de/
• Microelectronic Packaging Dresden GmbH
  http://www.mpd.de/
• ADZ Nagano GmbH
  http://www.adz.de/

Kontakt

Dr. Mike Röllig
Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren (IZFP) - Standort Dresden
Maria-Reiche-Straße 2
01109 Dresden
Tel.: 0351 88815-557
E-Mail: mike.roellig[at]izfp-d.fraunhofer.de


Laufzeit: 01.04.2012-31.03.2014