Characterization and modeling of the cure-induced shrinkage of an epoxy resin used in organic laminate based electronic modules

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Abstract

Der Trend zur Miniaturisierung und insbesondere das Einbetten von elektronischen Komponenten in die epoxidharzbasierten, faserverstärkten Innenlagen führen zu einer zunehmenden Komplexität von Leiterplatten und deren Herstellungsprozess. Numerische Simulationen mittels der Finite-Elemente-Methode gewinnen daher zunehmen an Bedeutung, da mit ihrer Hilfe die Herstellbarkeit und Funktionalität sowohl der Leiterplatten als auch der vereinzelten elektronischen Module bereits vor ihrer tatsächlichen Fertigung ermittelt und bewertet werden können. Eine grundlegende Voraussetzung für aussagekräftige Simulationsergebnisse ist die detaillierte Kenntnis des zeit- und temperaturabhängigen Verhaltens der verwendeten Materialien. Bisher wird die Bildung von inneren Spannungen auf Grund des härtungsbedingten Schrumpfens der Harzkomponenten und die damit einhergehende Verwerfung von elektronischen Modulen in Finite-Elemente-Simulationen allerdings größtenteils vernachlässigt. Eine Hauptzielsetzung der vorliegenden Arbeit lag daher in der Bestimmung des Härtungsschrumpfens eines Epoxidharzes, welches gegenwärtig in der Herstellung von Leiterplatten Anwendung findet. Zu diesem Zweck wurden verschiedene Messmethoden auf ihre Anwendbarkeit untersucht und die Reproduzierbarkeit der Messergebnisse sowie ihre Vergleichbarkeit untereinander überprüft. Des Weiteren wurde der Einfluss von Druck und Temperatur bei der Prüfkörperherstellung auf das Materialverhalten des Harzes und damit einhergehend auf die messbaren Schrumpfwerte untersucht. Der zweite Teil dieser Arbeit befasst sich mit der Implementierung des ermittelten Schrumpfwertes in das Materialmodell des Harzes in der Finite-Elemente-Software Abaqus FEA. Ein einfacher Implementierungsansatz wurde gewählt, bei dem der Wärmeausdehnungskoeffizient des Harzes und der Schrumpfwert zu einem temperaturabhängigen Materialkennwert kombiniert wurden. Es konnte gezeigt werden, dass die thermomechanische Analyse im Vergleich zu den anderen untersuchten Messmethoden die zuverlässigsten Ergebnisse lieferte. Während des raschen Aufheizens der Prüfkörper und des anschließenden vollständigen Aushärtens des Harzes unter isothermen Bedingungen wurden die Prüfkörperabmessungen kontinuierlich aufgezeichnet. Die Auswertung der Messdaten ergab einen Wert von 1% für das Härtungsschrumpfen des untersuchten Harzes. Die temperaturmodulierte thermomechanische Analyse zeigte großes Potential hinsichtlich einer kontinuierlichen Schrumpfmessung während des Aushärtevorgangs, es empfiehlt sich daher eine detailliertere Auseinandersetzung mit dieser komplexen Messmethode in weiterführenden Arbeiten. Mit den weiteren Messmethoden, konkret den Dichtemessungen und den Messungen am Platte-Platte-Rheometer, konnten in Kombination mit der gewählten Art der Prüfkörperherstellung keine zufriedenstellenden Ergebnisse im Bezug auf das Härtungsschrumpfen erzielt werden.

Details

Titel in ÜbersetzungCharakterisierung und Modellierung des härtungsbedingten Schrumpfens von Epoxidharzkomponenten in laminatbasierten elektronischen Modulen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung29 Juni 2018
DOIs
StatusVeröffentlicht - 2018