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Wednesday, February 24, 2010, Saal II 2:00 PM Prozess- und Produktprüfung I |
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Zerstörungsfreie Beobachtung von Rissen in Leiterplattendurchkontaktierungen - Quantisierung der Risslänge mittels Impulsthermographie und FEM-Simulation |
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Ralph Schacht* / FHG IZM, Berlin/ HS-Lausitz (FH), Senftenberg), Germany Mohamad Abo-Ras / FHG IZM , Germany Daniel May/ FHG IZM, Germany Bernhard Wunderle/ FHG IZM, Germany Bernd Michel/ FHG IZM, Germany Herbert Reichl/ TU-Berlin, Germany |
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Typischerweise werden elektronische Bauteile in low-cost Anwendungen auf Mehrlagen-FR4-Leiterplatten aufgebaut. Zur Verbindung der elektrischen Umverdrahtung zwischen den unterschiedlichen Metalllagen werden elektrische Durchkontaktierungen verwendet. Thermische Durchkontaktierungen werden in das schlecht wärmeleitende organische FR4-Leiterplattenmaterial zur besseren Wärmeabfuhr von z.B. Leistungsbauelementen zur Optimierung der vertikalen Wärmeabfuhr eingebracht. Für Zuverlässigkeitskeitsaussagen werden neben der thermischen Systemoptimierung zunehmend Lebensdauermodelle für Durchkontaktierungen benötigt, welche die thermo-mechanischen Eigenschaften der Leiterplatte und die der abgeschiedenen Kupferschichten beeinflussen. Die Eigenschaften hängen von den Geometriedaten und Herstellungsprozessen ab. Zur Lebensdauermodellbeschreibung werden Daten benötigt die mittels sorgfältiger Charakterisierung der Materialeigenschaften, experimentelle Untersuchungen und durch Fehleranalysen ermittelt werden. Herkömmliche Fehleranalysen für Durchkontaktierungen basieren auf der Messung des zunehmenden elektrischen Widerstands während dessen aktiven Alterung und einer anschließenden zerstörenden Schadensgraduntersuchung z.B. mittels Querschliffe. Nachteile dieser Methode sind, dass die Durchkontaktierungen meist erst detektiert werden, wenn diese bereits vollständig durch Risse geschädigt sind und diese sehr zeitaufwändig und teuer sind. Zusätzlich kann die Schädigung ein und derselben Durchkontaktierung über einen langen Zeitraum nicht beobachtet werden Es wird also eine zerstörungsfreie Fehleranalyse Methode notwendig. Diese Arbeit stellt eine zerstörungsfreie Fehleranalyse vor, die es ermöglicht exaktere Fehlerdaten zu ermitteln, um bereits existierende Lebensdauermodelle für Durchkontaktierungen in Mehrlagenleiterplatten zu vervollständigen. Hierfür wurde die Impuls Infrarot-Thermographie, mittels elektrischer und Laseranregung, als mögliche zerstörungsfreie Fehleranalysemethode untersucht. Die Methode zeigt das unterschiedliche Risslängen in einer Durchkontaktierungshülse eindeutig während des Alterungsprozesses detektiert werden können. Weiter zeigt die Methode die Möglichkeit einer flächenhaften Untersuchung mehrerer Durchkontaktierung (Risse in Durchkontaktierungen zeigen einen charakteristischen ?thermischen Fingerabdruck?), so dass die Leiterplatte z.B. nach der Fertigung nach Schäden in einem Schritt untersucht werden kann. Die Untersuchung der Methode wurde durch thermische FE-Simulationen begleitet, deren Ergebnisse gut mit denen der experimentellen Ergebnisse übereinstimmen. Die Simulationsergebnisse können für eine Kalibrierung des Schadensmaßes verwendet werden, so dass aus den gemessenen Oberflächentemperaturen der Durchkontaktierungen auf die Risslänge in der Hülse zurückgeschlossen werden konnte. Diese wurden mittels Computerthermographie überprüft. |