Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZMZuverlässigkeitsbewertung mit FEM
Darstellung der inelastischen Dehnung durch thermische Beanspruchung im Die-Attach eines Leistungshalbleiters.
Um Schwachstellen im Design (frühzeitig) festzustellen oder um die optimale Geometrie unter Berücksichtigung externer Belastungen abzuleiten, werden Finite Elemente (FE) Simulationen angewandt. Mittels sogenannten Multi-Physik-Simulationen können z.B. thermo-mechanische, elektro-thermische, und elektro-mechanische Kopplungen berücksichtigt werden. Zusätzlich kann die feuchte Diffusion und Quellung berechnet werden. Mit Modellen zum Werkstoffversagen erfolgt dann eine Bewertung der Beanspruchungsgrenzen bzw. die Berechnung der Lebensdauer.
Wesentliche Leistungen sind:
- Erstellung der Geometrie: Geometrieerstellung auf Grundlage von CAD-Daten, Querschnittsaufnahmen oder begleitend zu der Prozess- und Technologie-entwicklung
- Werkstoffdaten: Die Belastbarkeit der Zuverlässigkeitsbewertung hängt stark von den verwendeten Werkstoffdaten ab. Für viele Materialien sind bereits Werkstoffdaten vorhanden. Für neue Materialien, erweiterte Anwendungsbereiche (z. B. Hochtemperatur) und neue Technologien können Werkstoffdaten umfangreich charakterisiert und für die Simulation aufbereitet werden.
- Prozessbegleitende Simulationen: Durch Simulation von Montage- und Prozessschritten können die auftretenden Belastungen bewertet werden. Typische Bewertungskriterien sind z. B. maximal zulässige thermo-mechanische Verformung (Verwölbung) und Bruchspannung.
- Thermisches Management: Virtuelle Auslegung des thermischen Konzepts für zuverlässige wärme Ableitung unter Berücksichtigung der Betriebszustand (statisch / transient, Umgebungsbedingungen, Kühlungsrandbedingungen).
- Sensitivitätsanalysen: Komplexe Zusammenhänge zwischen De-signparameter (z.B. geometrische Größen, Werkstoffdaten, usw.) und externe Belastungen können mittels Sensitivitätsanalysen graphisch sichtbar gemacht werden. Dies ermöglicht eine optimale Systemauszulegung.
- Lebensdauerberechnung: Für viele häufig auftretende Fehlermechanismen existieren Lebensdauermodelle. Das Simulationsergebnis, in Form eines Schädigungsparameters, kann dann in eine zu erwartende Lebensdauer umgerechnet werden. Beispiele sind u.a. Thermo-mechanische Ermüdung von Lötstellen, Al-Dickdrahtbonds und Durchkontaktierungen und Elektro-Migration. Die Entwicklung neuer Lebensdauermodelle ist ebenfalls Teil unserer Forschung.
