Fracture mechanical analysis of viscoelastic materials in electronic components

Bei der Umhüllung mikroelektronischer Bauelemente treten aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der verwendeten Werkstoffe mechanische Belastungen auf, die das Risiko der Rissentstehung und -ausbreitung erhöhen. Da ein solches Versagen in der Umhüllung zum Ausfall des gesamten Systems führen kann, ist es während der Entwicklungsphase nötig, dieses Risiko abzuschätzen, um es zielgerichtet minimieren zu können. Somit wird im Rahmen der vorliegenden Arbeit eine Methodik entwickelt, die es ermöglicht derartige Risse bruchmechanisch beurteilen zu können. Die verwendeten Verkapselungswerkstoffe sind häufig Polymere, die viskoelastisches Werkstoffverhalten aufweisen. An einem Beispiel wird die Charakterisierung dieser Eigenschaften zur Beschreibung multi-axialer Spannungszustände demonstriert. In diesem Zusammenhang stellt sich die Frage nach einem passenden Bruchkriterium, und es werden verschiedene bereits vorhandene Kriterien vorgestellt und verglichen. Sie werden insbesondere in Bezug auf die Anwendbarkeit bei thermomechanischen Belastungen beurteilt. Anschließend werden die gewonnenen Ergebnisse auf einen Demonstrationsfall übertragen, an dem Simulation und Experiment verglichen werden und eine gute Korrelation demonstriert wird.Cracks inside polymeric packaging materials which are used for protection and isolation of electronic components, can lead to failure of the whole system. Therefore the understanding of crack initiation and propagation becomes vital for the design of reliable microsystems and a methodology is developed that enables the fracture mechanical analysis of cracks. As polymeric packaging materials show viscoelastic material behaviour, a characterisation method is being developed to describe the multi-axial stress-strain relationship. In this context the question arises about an adequate fracture criterion. Therefore different fracture criteria for viscoelastic materials are reviewed and compared. They are evaluated with respect to thermo-mechanical loading. After that the results of this analysis are applied to a demonstration case. Simulation and experiment are compared and a good correlation is demonstrated