KNAW

Research

Damage by thermo mechanic loads in soldered connections

Pagina-navigatie:


Update content


Title Damage by thermo mechanic loads in soldered connections
Period 12 / 2000 - 11 / 2007
Status Completed
Research number OND1297740
Data Supplier NWO

Abstract (NL)

Soldeerverbindingen worden op grote schaal en in vele verschijningsvormen toegepast in de electronica-industrie. De technologische en wetenschappelijke interesse in de thermomechanische, breuk- en vermoeiingselgenschappen van dergelijke soldeerverbinclingen is groot omdat de levensduur van soldeerverbindingen m veel gevallen die van de electronische apparatuur bepaalt. De snelle technologische ontwikkelingen in de ricroelectronica, zoals de voortdurende miniaturisatie, hoge vermogenstoepassingen vragen om nieuwe, verbeterde soldeertechnieken en -concepten. Gezien de hoge snelheid waarmee de ontwikkelingen elkaar opvolgen is er behoefte aan flexibele, kwantitatieve modellen die de structurele integriteit en levensduur van nieuw soldeer-verbindingsontwerpen kunnen voorspellen.
De doelstelling van dit onderzoeksproject is tweeledig.
- De ontwikkeling van een numeriek model, met bijbehorende materiaalmodellen op basis van microstructurele informatie, dat in staat is de structurele integriteit en levensduur van soldeerverbindingen in een breed scala van toepassingen in de micro-electronica industrie te voorspellen.
- De ontwikkeling en toepassing van gemengd numeriek experimentele identificatie technieken waarmee relevante thermo-mechanische en integriteitseigenschappen van soldeermaterialen kunnen worden bepaald.
Een groot scala aan soldeerverbindingstechnologieën wordt in de micro~electronica toegepast; denk aan wave~soldering, flip-chip en die~bonding, chip-on-glass, enz. Een kenmerk van al deze technologieën is dat als gevolg van het verschil in thermische uitzettingscoefficiënten van de te verbinden onderdelen in combinatie met de inhomogene afkoeling, thermisch geïnduceerde restspanningen ontstaan in de verbinding en in de verbonden onderdelen. Deze restspanningen kunnen op zich aanleiding geven tot breuk in de soldeer, delaminatie tussen soldeer en component of breuk in de componenten. Bovendien zijn ze van grote invloed op de levensduur van de verbinding. Vandaar dat een kwantitatieve voorspelling van de restspanningstoestand een cruciaal onderdeel is van het numerieke model.
Naast de effecten van restspanningen, treedt tijdens dagelijks gebruik van elektronische apparatuur 'low-cycle' vermoeiing op. Deze wordt primair veroorzaakt door temperatuurwisselingen als gevolg van warmteproducfie door elektronische componenten in de apparatuur. De effecten van deze warmteproductie worden groter bij toenemende miniaturisatie doordat componenten steeds dichter op elkaar worden geplaatst. Het cyclisch aan-uit zetten van apparaten kan daarmee leiden tot scheurvorming en -propagade en daarmee uiteindelijk tot het falen van de verbinding.
Mede als gevolg van de miniaturisatie nemen de karakteristieke afmetingen van soldeerverbindingen sterk af. In veel gevallen wordt gewerkt met soldeerlagen van nimder dan 50 micrometer dik. Omdat de typische lengteschaal van de aanwezige microstructuur van dezelfde order grootte is moet deze in de analyse in rekening worden gebracht.
Op basis van het bovenstaande is het onderzoek onderverdeeld in drie deelprojecten. Ten eerste is uit eigen onderzoek en uit de literatuur gebleken dat op dit moment toegepaste constitutieve modellen onvoldoende voorspellende kracht hebben, terwijl het niet verdisconteren van microstructurele effecten als een belangrijk hiaat wordt gezien, In deelproject 2 wordt als eerste de restspanningsverdeling berekenbaar gemaakt, en daarna wordt gewerkt aan verbeterde constitutieve modellen die de effecten van de microstructuur op het vermoeiingsgedrag in rekening brengen. Dit vraagt enerzijds om de ontwikkeling van een meetmethode die de benodigde materlaalparameters kan leveren voor zowel de restspanningsberekeningen als de vermoeiingseigenschappen (deelproject l), en anderzijds om nader onderzoek naar de relatie tussen de microstructuur en de thermo-mechanische eigenschappen van soldeerlegeringen. Binnen het project zal daarom experimenteel werk worden uitgevoerd dat is gericht op het vergroten van de materiaalkundige kennis van soldeerlegeringen (deelproject 3).

Related organisations

Related people

Project leader Prof.dr.ir. M.G.D. Geers

Classification

A90000 Fundamental research
D14210 Technical mechanics

Go to page top
Go back to contents
Go back to site navigation