In der Aufbau und Verbindungstechnik von mikroelektronischen Komponenten finden vermehrt polymere Werkstoffe Einzug. Zum Beispiel wird klassisches Metalllot durch elektrisch leitfähige Klebstoffe ersetzt, beziehungsweise werden zur Fixierung von oberflächenkontaktierten elektronischen Bauelementen schnell härtende Epoxidharzklebstoffe eingesetzt. Insbesondere im automobilen Einsatzbereich werden hohe Anforderungen an die Funktionszuverlässigkeit an die elektronischen Komponenten gesetzt. Große Temperaturschwankungen sowie unterschiedlichste mechanische Lastfälle wirken auf die Elektronik ein. Die vorliegende Arbeit behandelt die Beschreibung des viskoelastischen Materialverhaltens am Beispiel eines Epoxidharzklebstoffs zur Fixierung mikroelektronischer Bauelemente in einem ausgedehnten Temperatur- und Zeitbereich. Es werden unterschiedliche experimentelle Vorgehensweisen zur Ermittlung des Relaxationsverhaltens diskutiert und eine für den großen Temperaturbereich optimierte Zeit-Temperaturverschiebung präsentiert. Die experimentellen Ergebnisse des Relaxationsverhaltens werden mittels einer Vielparameteranpassung unter Zuhilfenahme genetischer Algorithmen in ein Materialmodell übertragen. Zur Beschreibung des dreidimensionalen viskoelastischen Stoffverhaltens wird neben dem E-Modul auch die Poissonzahl mit unterschiedlichen Messmethoden in Abhängigkeit von Temperatur und Zeit untersucht. Insbesondere die berührungslose Messung von Längs- und Querdehnung im Zugrelaxationsversuch und anschließender Auswertung mittels Grauwertkorrelation wird als zielführend bewertet. Es wird ein Funktionsansatz vorgestellt, mit dem sich die Poissonzahl in Abhängigkeit von Temperatur und Zeit beschreiben lässt. Damit lässt sich das Relaxationsverhalten für sowohl den Schub- als auch dem Kompressionsmodul darstellen. Dies erhöht die Aussagegenauigkeit von numerischen Beanspruchungsanalysen und verbessert somit auch die Präzision der darauf basierenden von Lebensdauerprognosen.

Diese Arbeit liefert einen Beitrag zur Auslegung geklebter Karosserie-Mischbaustrukturen. Die derzeit verwendeten Strukturklebstoffe genügen komplexen mechanischen und schon im Fertigungsprozess hohen thermischen Beanspruchungen. Die Beschreibung der physikalischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften des Klebstoffs über den gesamten Prozess hinweg ist für die Auslegung der Klebverbindung vor allem in Mischbaustrukturen entscheidend. Temperaturen von bis zu 200 °C im KTL-Lacktrocknungsprozess führen zum einen zur Vernetzung der Klebstoffe, zum anderen aber auch zur thermischen Ausdehnung der artfremden Werkstoffpaarungen. Die so auftretenden Relativverschiebungen in großflächigen, geklebten Mischbaustrukturen können aufgrund der in dieser Arbeit vorgestellten Vorgehensweise schon in der Konzeptphase numerisch berechnet und die damit verbundenen bleibenden Deformationen sowie festigkeitsrelevanten Bereiche in der Klebschicht prognostiziert werden. Für die Dimensionierung der Klebverbindungen ist hiermit ein Nachweis der temperatur- und vernetzungsgradabhängigen Klebstofffestigkeit unter mehrachsiger Beanspruchung erbracht worden.

Neuere Erzeugnisse zeichnen sich häufig durch eine Werkstoffvielfalt aus. Teilweise sind die Werkstoffe thermisch empfindlich. Aus allen diesen Gründen wird das weitgehend werkstoffunspezifische und wärmearme Verfahren Kleben für das Fügen von Bauteilstrukturen immer wichtiger. Es ist seit langem bekannt, dass die Festigkeit und vor allem die Alterungsbeständigkeit der Klebverbindungen neben der Art des gewählten Klebstoffes in ganz wesentlichem Umfang von den physikalischen, chemischen und morphologischen Eigenschaften der Fügeteiloberflächen abhängig ist. Die Eigenschaft der Klebverbindung wird nicht vorrangig durch die Haftung an der Fügeoberfläche, sondern durch den grenzflächennahen Polymerbereich, der so genannten Interphase oder Grenzschicht bestimmt. Ziel dieser Forschung ist daher die Untersuchung von Grenzflächenphänomenen des Verbundes Aluminium/ Epoxid-Klebstoff im µm-Bereich in Abhängigkeit von unterschiedlich vorbehandelten Aluminiumoberflächen unter Einschluss von Haftvermittlersauftrag durch thermoanalytische, spektroskopische, mikroskopische und elektrochemische Methoden, sowie die Korrelation der Ergebnisse mit den Festigkeiten und Langzeitbeständigkeiten der Klebverbindungen. Die in der Arbeit gewonnenen Erkenntnisse und erzielten Ergebnisse können in der Fügetechnik betriebswirtschaftlich sehr vorteilhaft zur Behandlung von Fügeteilen aus Aluminiumlegierungen angewendet werden.