Neben der Kommunikations- und Navigationstechnik in der Fahrgastzelle eines Fahrzeuges kommt es vor allem im Bereich des Motorraums zu einer vermehrten Integration von mechatronischen Baugruppen. Die hier auftretenden Temperaturen stellen, ergänzt durch Vibration und aggressive Medien, eine immense Herausforderung für alle Komponenten einer Elektronikeinheit dar. Thermoplastische Materialien als Substratwerkstoffe bieten für diese Anwendungen enorme Vorteile hinsichtlich der Gestaltungsfreiheit der elektronischen Baugruppe, sind aber weniger thermisch beständig. Der Beitrag stellt erste Untersuchungsergebnisse zur Qualifizierung von HT-Kunststoffen als Substratmaterial für elektronische Anwendungen mit erhöhten thermischen Anforderungen vor. Alle drei untersuchten Materialen (PPS, PA6/6T und LCP) haben die geforderte Schmelztemperatur von mehr als 260 Grad C und die Wärmeformbeständigkeit von mehr als 130 Grad C erfüllt. Bei der Schmelztemperatur liegen die Werte entsprechend bei 285 Grad C, 295 Grad C und 335 Grad C. Bei der Wärmeformbeständigkeit entsprechend bei 270 Grad C, 270 Grad C und 275 Grad C. Die Prägeversuche für jeden der ausgewählten Thermoplaste zeigten, dass nur für die Thermoplaste PPS und PA6/6T Prozessfenster mit den gewünschten Grenzwerten erstellt werden können. Das flüssigkristalline Polymer erreichte bei den durchgeführten Experimenten nur maximal 50 Prozent der geforderten Haftfestigkeit. Um die Eignung der Strukturen für elektronische Baugruppen qualifizieren zu können, wurden Schaltungsträger mit einem Leiterbahnbild für zweipolige Chip-Widerstände hergestellt und entlang der Prozesskette der Elektronikproduktion verarbeitet. Es wurden Tests zur Langzeitzuverlässigkeit der Baugruppen in Form von Temperaturschocktests durchgeführt (-40 Grad C/+125 Grad C, 15 min Haltedauer), die eine beschleunigte Alterung der Baugruppe simulieren. Für die Substrate PA6/6T und PPS konnten die meisten Ausfälle bei den Bauelementen der Größe 1206 festgestellt werden. Die Komponenten der Größe 0503 und 0402 hatten ein besseres Verhältnis von Bauteillänge zu thermischer Ausdehnung, so dass es hier zu deutlich geringeren Ausfallraten kommt. Im direkten Vergleich der Basismaterialien zeigten sich auf Polyamid die schlechtesten Ergebnisse. Hier fallen über 80 Prozent der Bauelemente (1206) nach 1000 Zyklen aus. Um den Haftungsverbund zwischen Bauelement, Lot, Substratmetallisierung und Leiterplatte beurteilen zu können, wurden im Ausgangszustand und nach jeweils 250 Zyklen die Scherfestigkeiten der Bauelemente bestimmt. Gut zu erkennen war, dass bei den Komponenten der Größe 1206 nur im Ausgangszustand ähnliche Scherkräfte wie auf dem Standardleiterplattensubstrat FR4 (Referenz) gemessen werden können. Schon nach 250 Zyklen fällt auf PPS und PA6/6T die mechanische Festigkeit der Lötverbindung dramatisch ab, wobei dies wiederum bei den 1206-Komponenten am stärksten ausgeprägt ist. Im weiteren Verlauf bleiben die Scherkräfte auf einem stabilen Niveau. Zwar zeigt sich auf LCP für die Baugröße 1206 ein ähnliches, wenn auch nicht so extrem ausgeprägtes Verhalten, für die Bauelemente der Größen 0603 und 0402 ergeben sich aber über die kompletten 1000 Zyklen Temperaturschock Scherfestigkeiten auf dem Niveau von FR4. Dies ist vor allem deshalb interessant, da die reine Metallisierungshaftung deutlich unter dem Normwert (=1,4 N/mm) lag. Hauptverantwortlich für diese Ergebnisse ist der deutlich geringere thermische Ausdehnungskoeffizient von LCP gegenüber den Werten von PPS und PA6/6T.


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    Title :

    Qualifizierung elektronischer Baugruppen. Für Anwendungen mit erhöhten thermischen Anforderungen


    Contributors:


    Publication date :

    2008


    Size :

    5 Seiten, 5 Bilder, 6 Quellen



    Type of media :

    Article (Journal)


    Type of material :

    Print


    Language :

    German