TY - THES

T1 - Simulation des "Single Via Thermal Cycle Test" - Modellerstellung und Bestimmung der Materialeingangsparameter

AU - Fellner, Klaus

N1 - gesperrt bis null

PY - 2012

Y1 - 2012

N2 - Die vorliegende Masterarbeit beschäftigt sich mit der Simulation des „Single Via Thermal Cycle Tests“ (SVTCT) und wurde in Zusammenarbeit mit der Austria Technologie & Systemtechnik (AT&S) Aktiengesellschaft, Leoben, Österreich, erstellt. Beim SVTCT handelt es sich um einen Temperaturwechseltest, der zur Lebensdauerabschätzung von Leiterplatten unter thermischen Lasten verwendet wird. Dabei werden die einzelnen Durchkontaktierungen einer Leiterplatte durch eine Widerstandsmessung überwacht. Steigt der Widerstand an, so ist die leitfähige Verbindung nicht mehr gegeben und das Ende der Lebensdauer ist erreicht. Für die Simulation des SVTCT mit einer Finite Elemente Software wurden in einem ersten Schritt die benötigten Materialeingangsparameter bestimmt. Die Wärmekapazität wurde mittels dynamischer Differenzkalorimetrie, die Dichte nach Archimedes bestimmt. Die linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wurden mittels thermomechanischer Analyse und mittels optischer dreidimensionaler Verformungsanalyse ermittelt. Die mechanischen Eigenschaften wurden in der dynamisch mechanischen Analyse und in Zugversuchen bestimmt. Alle genannten Eigenschaften, mit Ausnahme der Dichte, wurden temperaturabhängig gemessen. Die thermischen Ausdehnungskoeffizienten und die mechanischen Eigenschaften wurden zusätzlich in Abhängigkeit von der Belastungsrichtung charakterisiert. Im zweiten Teil der Arbeit wurde ein axialsymmetrisches Simulationsmodell einer einzelnen Durchkontaktierung einer Testleiterplatte erstellt. Die Simulationen wurden entkoppelt durchgeführt. Das bedeutet es wurde ein Modell zur Berechnung des Temperaturfeldes und ein weiteres zur Berechnung der Spannungs- und Dehnungsverteilung erstellt. Zusätzlich wurde die erhaltene Spannungsverteilung aus der Simulation mit Schliffbildern von Durchkontaktierungen in Leiterplatten, welche den „Single Via Thermal Cycle Test“ durchlaufen hatten, verglichen. Die bei der Fehleranalyse detektierten Risse stimmten bezüglich ihrer Position mit den in der Simulation berechneten Spannungsmaxima überein. Um die Wärmeausdehnung des Simulationsmodells zu verifizieren, wurden die linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Leiterplatten im Bereich einer Durchkontaktierung mittels thermomechanischer Analyse bestimmt und mit den entsprechenden Simulationsergebnissen verglichen.

AB - Die vorliegende Masterarbeit beschäftigt sich mit der Simulation des „Single Via Thermal Cycle Tests“ (SVTCT) und wurde in Zusammenarbeit mit der Austria Technologie & Systemtechnik (AT&S) Aktiengesellschaft, Leoben, Österreich, erstellt. Beim SVTCT handelt es sich um einen Temperaturwechseltest, der zur Lebensdauerabschätzung von Leiterplatten unter thermischen Lasten verwendet wird. Dabei werden die einzelnen Durchkontaktierungen einer Leiterplatte durch eine Widerstandsmessung überwacht. Steigt der Widerstand an, so ist die leitfähige Verbindung nicht mehr gegeben und das Ende der Lebensdauer ist erreicht. Für die Simulation des SVTCT mit einer Finite Elemente Software wurden in einem ersten Schritt die benötigten Materialeingangsparameter bestimmt. Die Wärmekapazität wurde mittels dynamischer Differenzkalorimetrie, die Dichte nach Archimedes bestimmt. Die linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wurden mittels thermomechanischer Analyse und mittels optischer dreidimensionaler Verformungsanalyse ermittelt. Die mechanischen Eigenschaften wurden in der dynamisch mechanischen Analyse und in Zugversuchen bestimmt. Alle genannten Eigenschaften, mit Ausnahme der Dichte, wurden temperaturabhängig gemessen. Die thermischen Ausdehnungskoeffizienten und die mechanischen Eigenschaften wurden zusätzlich in Abhängigkeit von der Belastungsrichtung charakterisiert. Im zweiten Teil der Arbeit wurde ein axialsymmetrisches Simulationsmodell einer einzelnen Durchkontaktierung einer Testleiterplatte erstellt. Die Simulationen wurden entkoppelt durchgeführt. Das bedeutet es wurde ein Modell zur Berechnung des Temperaturfeldes und ein weiteres zur Berechnung der Spannungs- und Dehnungsverteilung erstellt. Zusätzlich wurde die erhaltene Spannungsverteilung aus der Simulation mit Schliffbildern von Durchkontaktierungen in Leiterplatten, welche den „Single Via Thermal Cycle Test“ durchlaufen hatten, verglichen. Die bei der Fehleranalyse detektierten Risse stimmten bezüglich ihrer Position mit den in der Simulation berechneten Spannungsmaxima überein. Um die Wärmeausdehnung des Simulationsmodells zu verifizieren, wurden die linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Leiterplatten im Bereich einer Durchkontaktierung mittels thermomechanischer Analyse bestimmt und mit den entsprechenden Simulationsergebnissen verglichen.

KW - printed circuit board

KW - interlayer connection

KW - epoxy resin

KW - prepreg

KW - thermal expansion

KW - thermomechanical analysis

KW - dynamic mechanical analysis

KW - differential scanning calorimetry

KW - digital image correlation

KW - finite element simulation

KW - decoupled simulation

KW - Leiterplatte

KW - Durchkontaktierung

KW - Epoxidharz

KW - Prepreg

KW - Thermische Ausdehnung

KW - Thermomechanische Analyse

KW - Dynamisch Mechanische Analyse

KW - Dynamische Differenzkalorimetrie

KW - Digital Image Correlation

KW - Finite Elemente Simulation

KW - Entkoppelte Simulation

M3 - Masterarbeit

ER -