Raffungsmodell für mechanisch bedingte Materialschädigung

Kurzbeschreibung

© Fraunhofer EMFT

Kontrolle verdeckter Lötverbindungen (BGA, PGA, QFN)

Die Einpresstechnik ist in der Antriebstechnik eine interessante Alternative zu anderen elektrischen Kontaktierungsverfahren wie Löt-, Schraub- oder Klemmverbindungen. Die Vorteile sind ein minimaler Platzbedarf, die Möglichkeit der Reparierbarkeit und eine potenziell zehn- bis hundertfach geringere Ausfallrate. Während des Einpressvorganges entsteht eine Berührungszone zwischen dem Press-Fit-Kontakt und der Kupferhülse in der Leiterplatte. Diese Berührungszone bildet durch den Druck, der durch die Verformung des Press-Fit-Kontakts beim Einpressen entsteht, nach etwa 24 Stunden eine gasdichte und korrosionsbeständige Kontaktzone aus. In dieser Zone entstehen durch die freien Elektronen Anziehungskräfte, welche beide Metalloberflächen miteinander verbinden. Innerhalb einiger Stunden entsteht so eine Kaltverschweißungszone. Bei diesem Prozess kann es jedoch auch zu ungewollten Schädigungen des Bauteils kommen. Beispielsweise führen durch Vibrationen induzierte Mikrorelativbewegungen zwischen Press-Fit-Kontakt und Kupferhülse in der Platine zu einer Ermüdungsschädigung bzw. zum Ermüdungsversagen der Kaltverschweißungszone.

Das bedeutet, dass sich die Kaltverschweißung durch Rissbildung und Risswachstum löst. Gemeinsam mit dem Institut für Werkstofftechnik und dem Institut für Antriebs- und Fahrzeugtechnik, beide an der Universität Kassel, arbeiten Forschende der Fraunhofer EMFT an einem geeigneten Raffungsmodell, um die Entstehung dieser unerwünschten Effekte besser zu verstehen.

Das Team der Fraunhofer EMFT baut im Rahmen des Vorhabens einen Prüfstand für die genannten Mikro-Relativbewegungen auf. Des Weiteren nehmen die Münchner Experten und Expertinnen präzise elektrische Charakterisierungen des Kontaktwiderstands der Kaltverschweißungszone vor. Das Team der Universität Kassel beschäftigt sich nach einer eingehenden mechanischen Analyse und Simulation mit der Entwicklung eines Raffungsmodells. Dieses Modell soll anschließend an einer praxisnahen, aus Sicht der Industrie interessanten Oberflächenmaterialkombination von Press-Fit-Kontakt und Kupferhülse in den Laboren der Fraunhofer EMFT validiert werden.

Partnerin

Universität Kassel:

  • Institut für Werkstofftechnik
  • Institut für Antriebs- und Fahrzeugtechnik

Gefördert

Das Forschungsvorhaben wird von der AiF Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V. gefördert (IGF-Antrags-Nr.: N 09826/16, FVA-Nr. 618 II „Raffungsmodelle II“).