Zur Homogenisierung mechanischer Materialparameter in heterogenen Lotwerkstoffen

Abstract

In der Mikroelektronik spielen die Gruppe der Lotwerkstoffe eine wichtige Rolle. Sie stellen zwischen einzelnen Komponenten, wie beispielsweise Chip und Platine, nicht nur die elektronische, sondern auch die mechanische Verbindung her. Ihre Stabilität ist deshalb zur Lebensdauervorhersage mikroelektronischer Bauteile von besonderer Bedeutung. Die unterschiedlichen verwendeten Legierungen weisen dabei eine gemeinsame Charakteristik in ihrem Alterungsprozess auf. Die Mikrostruktur ändert sich aufgrund von Entmischung und nachfolgender Vergröberung. Da die eingesetzten Materialmengen meist sehr gering sind, ist eine Änderung der Mikrostruktur bei der Zuverlässigkeitsvorhersage nicht zu vernachlässigen. Von besonderem Interesse ist deshalb, die unterschiedlichen Größenskalen zu berücksichtigen, insbesondere wie sich die mikrostrukturelle Änderung auf die makroskopischen Materialparameter auswirkt. Da eine exakte Simulation der sich zeitlich ändernden Strukturen zu großen Problemen bei Netzerstellung und Modellierung führt, wird eine Homogenisierung der benötigten Materialeigenschaften durchgeführt. Die so erhaltenen effektiven Materialparameter sollen das reale Werkstoffverhalten möglichst genau wiedergeben und so einfache Simulationen zur Festigkeitsanalyse ermöglichen. Zunächst wird eine Methode vorgestellt, aufgrund äquivalenter Formänderungsenergie die elastischen Konstanten eines komplett anisotropen Lotwerkstoffes zu bestimmen. Dabei kommen finite Elemente, gekoppelt mit einem Generator unterschiedlich entmischter Strukturen zum Einsatz. Von besonderem Interesse ist dabei die zeitliche Entwicklung der homogenen Materialparameter. Weiterhin wird ein Ausblick gegeben, wie die Homogenisierung plastischer und viskoser Materialparameter durchgeführt werden kann. Insbesondere wird darauf eingegangen, welche Parameter zur Zuverlässigkeitsanalyse heterogener Lotwerkstoffe besonders relevant sind.