Aufgabenstellungen für Diplomarbeiten

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Weiterentwicklung eines UV-Lithografieprozesses zur Herstellung monomodiger Lichtwellenleiter
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Diplomthema
Weiterentwicklung eines UV-Lithografieprozesses zur Herstellung monomodiger Lichtwellenleiter
Zielstellung
Schematischer Aufbau der optischen Umverdrahtungslage mit dreilagigem Wellenleiteraufbau mittels UV-Lithographie und Mikrospiegeln mittels 2PP-DLW
REM-Aufnahme eines Lichtwellenleiterkerns mit quadratischem Querschnitt und rauen Seitenflanken
Strahlformmessung der monomodigen Wellenleiterkerne
REM-Aufnahme einer Flanke im Wellenleiterstapel

Für Hochleistungsrechner und integrierte Photonik bedarf es optischer Signalübertragung auf Interposerebene. Am IAVT wird hierzu eine monomodige, polymere Umverdrahtungslage gemäß Abb. 1 entwickelt. Diese basiert auf einem hybridlithografischen Ansatz, bei dem die planaren, dreilagigen Wellenleiter mittels UV-Lithografie hergestellt werden. Anschließend wird das 2-Photonenpolymeriations Laserdirektschreiben (2PP-DLW) zur Strukturierung von Mikrospiegeln für die vertikale Kopplung verwendet.

Am IAVT konnten bereits Wellenleiter mit quadratischem Querschnitt (Abb. 2) und Öffnungen für die Kantenkopplung zu Fasern und Spiegelelementen (Abb. 4) strukturiert werden. In beiden Fällen sind raue Flanken zu beobachten, die einen erheblichen Dämpfungsbelag verursachen.  Dies sollte im Laufe der Arbeit in folgenden Schritten näher untersucht werden:

Teilaufgaben
  • Literatur- und Patenrecherche zu monomodigen optischen Wellenleitern
  • Einarbeitung in den bestehenden Prozess zur fotolithografischen Lichtwellenleiterherstellung
  • Prozessentwicklung für Öffnungen im gesamten WG-Stack mit senkrechten Flanken
  • Untersuchung von Proximity-Effekten und möglichen Korrekturen
  • Untersuchung des Einflusses der Flankenrauheit auf die optische Dämpfung, Koppelverluste und Strahlqualität (Abb. 3)
  • Identifizierung und Verbesserung von Einflussfaktoren auf Flankenrauheit und Dämpfung
  • Messung und Verbesserung der Ausrichtungsgenauigkeit zwischen den Lagen
Hochschullehrer

Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. K. Bock

Betreuer
Dipl.-Ing.
David Weyers
Tel.:
(0351) 463 43768
Bearbeitungsbeginn
ab sofort
Enhancement of UV-lithography for single mode optical waveguides
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Diploma or Master Thesis
Enhancement of UV-lithography for single mode optical waveguides
Goal
Schematic of polymeric redistribution layer (RDL) with vertical coupling micro-mirrors made with hybrid lithography approach connected to a PPU with integrated WGs and FGCs
SEM-image of waveguide core with square cross section and rough sidewalls
Beam shape characterization
SEM-image of facet structured in full-stack

Solutions for optical signal transmission on interposer level are needed for high performance computing (HPC) and integrated photonics applications. Therefore, IAVT is developing a single mode, polymeric re-distribution layer (RDL) according to fig. 1. This is based on a hybrid lithography process, first a 3-layer stack-up forming planar waveguides is structured using UV-lithography.  ThiOut of plane coupling is then added by micro-mirrors, structured with 2-photon-printing direct-laser-writing (2PP-DLW).

Structuring of square waveguide cores (fig. 2) und openings for edge coupling to fiber and micro-mirrors (fig. 4) is state of the art at IAVT. In both cases sidewalls are rough, causing significant attenuation.  This should be addressed within the thesis in following steps:

Subtasks
  • Literature review on single mode polymeric waveguides
  • Familiarization with existing UV-lithography process
  • Enhancement for opening in full stack with perpendicular sidewalls unte
  • Investigation of proximity effects and possible corrections
  • Measurement of side wall roughness and impact on attenuation, coupling loss and beam quality (fig. 3)
  • Identify and improve process parameters with impact on roughness and attenuation
  • Measurement and reduction of overlay accuracy
Professor

Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. K. Bock

Supervisor
Dipl.-Ing.
David Weyers
Tel.:
(0351) 463 43768
Start date
immediately
Weiterentwicklung eines Zweiphotonenabsorptionsprozesses zur Herstellung von Mikrospiegeln
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Diplomthema
Weiterentwicklung eines Zweiphotonenabsorptionsprozesses zur Herstellung von Mikrospiegeln
Zielstellung
Schematischer Aufbau der optischen Umverdrahtungslage mit dreilagigem Wellenleiteraufbau mittels UV-Lithographie und Mikrospiegeln mittels 2PP-DLW
REM-Aufnahme eines positiven Mikrospiegels in OrmoCore mittels 2PP-DLW

Für Hochleistungsrechner und integrierte Photonik bedarf es optischer Signalübertragung auf Interposerebene. Am IAVT wird hierzu eine monomodige, polymere Umverdrahtungslage gemäß Abb. 1 entwickelt. Diese basiert auf einem hybridlithografischen Ansatz, bei dem die planaren, dreilagigen Wellenleiter mittels UV-Lithografie hergestellt werden. Anschließend wird 2-Photonenpolymeriations Laserdirektschreiben (2PP-DLW) zur Strukturierung von Mikrospiegeln für die vertikale Kopplung verwendet. Mit diesem Verfahren können arbiträre 3D-Strukturen in sub-µm Auflösung geschrieben werden.

Am IAVT konnten bereits Mikrospiegel in den Wellenleitermaterialien strukturiert werden. Im Laufe der Arbeit sollen diese in folgenden Schritten an den UV-lithografischen Wellenleiterstapel angebunden und weiter verbessert werden:

Teilaufgaben
  • Literatur- und Patenrecherche zu Koppelansätzen und -elementen in der optischen AVT
  • Einarbeitung in den 2PP-DLW Prozess für Mikrospiegel
  • Integration der Mikrospiegel auf vorstrukturierten Substraten mit Wellenleitern
  • Messung und Verringerung der Koppelverluste
  • Automatisierung der Spiegelausrichtung
  • Messung und Verbesserung der Ausrichtungsgenauigkeit
  • Anpassung und Integration der Spiegel an photonischen ICs mit Gitterkopplern
  • Untersuchung verschiedener Spiegelgeometrien
Hochschullehrer

Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. K. Bock

Betreuer
Dipl.-Ing.
David Weyers
Tel.:
(0351) 463 43768
Bearbeitungsbeginn
ab sofort
Enhancement of 2-proton-polymerization direct-laser-writing process for structuring of micro-mirrors
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Diploma or Master Thesis
Enhancement of 2-proton-polymerization direct-laser-writing process for structuring of micro-mirrors
Goal
Schematic of polymeric redistribution layer (RDL) with vertical coupling micro-mirrors made with hybrid lithography approach connected to a PPU with integrated WGs and FGCs
SEM-image of positive micro-mirror in OrmoCore via 2PP-DLW

Solutions for optical signal transmission on interposer level are needed for high performance computing (HPC) and integrated photonics applications. Therefore, IAVT is developing a single mode, polymeric re-distribution layer (RDL) according to fig. 1. This is based on a hybrid lithography process, first a 3-layer stack-up forming planar waveguides is structured using UV-lithography.  ThiOut of plane coupling is then added by micro-mirrors, structured with 2-photon-printing direct-laser-writing (2PP-DLW). This process allows for arbitrary 3D-structures with sub-µm resolution.

In previous works promising results with 2PP-DLW in waveguide materials were achieved (fig.2).   In this thesis integration with the UV-lithographic waveguide stack should be reached and improved.

Subtasks
  • Literature review on approaches and elements for single mode coupling
  • Familiarization with 2PP-DLW process for micro-mirrors
  • Integration of micro-mirrors with UV-lithographic waveguide stack
  • Measurement and reduction of coupling losses
  • Automatization of mirror alignment
  • Measurement and reduction of overlayer accuracy
  • Adaption of micro-mirrors to fiber grating couplers (FGCs) and integration
  • Review of different mirror geometries
Professor

Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. K. Bock

Supervisor
Dipl.-Ing.
David Weyers
Tel.:
(0351) 463 43768
Start date
immediately
Messplatzaufbau und -automatisierung für planare Wellenleiter
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Diplomthema
Messplatzaufbau und -automatisierung für planare Wellenleiter
Zielstellung
Schematischer Aufbau der optischen Umverdrahtungslage mit dreilagigem Wellenleiteraufbau mittels UV-Lithographie und Mikrospiegeln mittels 2PP-DLW
Schematische Darstellung eines typischen Messaufbaus mit (1) DUT; (2) einkoppelnde, monomodige Faser (3) auskoppelnde Faser; (4) Mikroskopkamera

Für Hochleistungsrechner und integrierte Photonik bedarf es optischer Signalübertragung auf Interposerebene. Am IAVT wird hierzu eine monomodige, polymere Umverdrahtungslage gemäß Abb. 1 entwickelt. Diese basiert auf einem hybridlithografischen Ansatz, bei dem die planaren, dreilagigen Wellenleiter mittels UV-Lithografie hergestellt werden. Anschließend wird 2-Photonenpolymeriations Laserdirektschreiben (2PP-DLW) zur Strukturierung von Mikrospiegeln für die vertikale Kopplung verwendet. Zur Verifizierung müssen Kopplungs-, Dämpfungs- sowie Datenübertragungsmessungen an der Umverdrahtungslage durchgeführt werden, indem Licht mit Glasfasern gemäß Abb. 2 durchgekoppelt wird. Um statistisch belastbare Ergebnisse zu erzielen, müssen sowohl die Ausrichtung der Fasern als auch die Vermessung mehrerer Wellenleiter automatisiert erfolgen. Im Laufe der Arbeit soll mit vorhandenen Manipulatoren ein Messplatz aufgebaut und der Automatisierungsgrad so weit erhöht werden, dass schlussendlich nur noch das Einlegen der Probe und eine initiale Ausrichtung manuell erfolgt.

Teilaufgaben
  • Literaturrecherche zur Kopplung in der optischen AVT
  • Aufbau eines Messplatzes für die Vermessung von planaren Wellenleitern
  • Automatisierung der Messroutine für Substrate mit einer Vielzahl von Wellenleitern
  • Implementierung und Vergleich verschiedener Messroutinen (Diskret, Kontinuierlich, Linienscan, iterative Maximumsuche)
  • Quantifizierung und Verbesserung der Messunsicherheit
  • Nachrichtentechnische Analyse der Datenübertragung  über monomodige planare Lichtwellenleiter
  • Übertrag der Ergebnisse auf einen Messplatz für Oberflächenkopplung
Hochschullehrer

Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. K. Bock

Betreuer
Dipl.-Ing.
David Weyers
Tel.:
(0351) 463 43768
Bearbeitungsbeginn
ab sofort
Setup development and automation for measurement of planar single mode waveguides
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Diploma or Master Thesis
Setup development and automation for measurement of planar single mode waveguides
Goal
Schematic of polymeric redistribution layer (RDL) with vertical coupling micro-mirrors made with hybrid lithography approach connected to a PPU with integrated WGs and FGCs
Schematic of typical measurement setup with (1) DUT; (2) incoupling single mode fiber (3); outcoupling fiber; (4) microscope camera

Solutions for optical signal transmission on interposer level are needed for  high performance computing (HPC) and integrated photonics applications. Therefore, IAVT is developing a single mode, polymeric re-distribution layer (RDL) according to fig. 1. This is based on a hybrid lithography process, first a 3-layer stack-up forming planar waveguides is structured using UV-lithography.  ThiOut of plane coupling is then added by micro-mirrors, structured with 2-photon-printing direct-laser-writing (2PP-DLW). For verification measurement of coupling losses, attenuation and  data transmission properties are necessary. A fiber to device under test (DUT) to fiber scenario according to fig. 2 is needed. For statistically robust results, both fiber alignment and measurement of multiple waveguides have to be automized. During this thesis a measurement setup based on existing manipulator shall be designed and grade of automation shall be increased. In the end only sample placement and initial alignment should be manual.

Subtasks
  • Literature review on coupling in optical packaging
  • Design of measurement setup for planar single mode waveguide
  • Automation for multiple waveguides
  • Implementation and comparison of various routines (discrete, continuous, grid scan, iterative maximum search)
  • Quantification and improvement of uncertaincy
  • Data transmission measurements on single mode planar waveguides
  • Transfer of results on setup for surface coupling
Professor

Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. K. Bock

Supervisor
Dipl.-Ing.
David Weyers
Tel.:
(0351) 463 43768
Start date
immediately
Montage- und Prüftechnologie für thermisch und mechanisch sensible MEMS-Chips
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Diplomthema
Montage- und Prüftechnologie für thermisch und mechanisch sensible MEMS-Chips
Zielstellung

Mikro-elektro-mechanische Systeme (MEMS) werden unter anderem im Waferverbund durch halbleitertypische Prozesse gefertigt, anschließend vereinzelt und dann als separate Komponenten weiterverarbeitet. Die Montage dieser thermisch und mechanisch sensiblen MEMS-Chips ist dabei eine besondere Herausforderung. Oft kommen nur Klebstoffverbindungen in Frage. Da es große Unterschiede in der Zuverlässigkeit der Verbindungen gibt, soll dies weitergehend untersucht werden. Ziel der Arbeit sind die Erweiterung des Portfolios an einsetzbaren Klebstoffen auf Basis fundierter Auswahlkriterien sowie die Ertüchtigung einer Prüfanlage für die Bewertung der hergestellten Chip-Substrat-Verbindungen (Die-Bonds).

Teilaufgaben
  • Literaturrecherche zum Thema Zuverlässigkeit von klebstoffbasierten Die-Bonds
  • Recherche zu kommerziell verfügbaren Klebstoffen und Erstellen einer Bewertungsmatrix
  • Versuchsserie zur Prozessierung der als grundsätzlich geeignet bewerteten Klebstoffe
  • Entwurf und Aufbau von Testvehikeln
  • Analyse der vorhandenen Prüfeinrichtung und Erstellen eines Konzepts zu deren Erweiterung für den Einsatz als Chip-Schertester
  • Entwurf und Konstruktion notwendiger Zusatzkomponenten
  • Nachweis der qualitativen Prüfmittelfähigkeit durch Vergleich mit Standard-Schertestern
  • Bewertung der final ausgewählten Klebstoffe

(Die Aufgabenstellung wird gemeinsam mit dem Fraunhofer IPMS Dresden betreut.)

Hochschullehrer

Prof. Dr.-Ing. habil. T. Zerna

Betreuer
Prof. Dr.-Ing. habil.
Thomas Zerna
Tel.:
(0351) 463 33274
Bearbeitungsbeginn
ab sofort
Anpassung der Steuerungssoftware einer automatischen Bestückanlage
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Diplomthema
Anpassung der Steuerungssoftware einer automatischen Bestückanlage
Zielstellung

Am Institut ist ein bestehender Flip-Chip-Automat zur präzisen Bestückung von elektronischen Bauteilen vorhanden. Solche Bauteile werden üblicherweise mit angepasster Kraft, Temperatur und/oder Ultraschall bestückt und gefügt.

Zur weiteren Optimierung der Prozesse soll die Steuerungssoftware derart angepasst werden, dass eine Profilierung und Protokollierung der genannten Prozessparameter möglich ist. Das bedeutet, dass zum Beispiel verschiedene Kraft- oder Temperaturrampen während des Prozesses beaufschlagt werden können und deren Einhaltung auch dokumentiert wird.

Die vorhandene Steuerungssoftware ist offengelegt und eine Unterstützung durch den Maschinenhersteller bei der Implementierung der eigenen Algorithmen ist gegeben.

Teilaufgaben
  • Literatur- und Patentrecherche zu Technologien für Chipbestückung.
  • Einarbeitung in die allgemeinen Funktionen und Möglichkeiten des Bestückautomaten und der Maschinensoftware.
  • Definition der Prozessanforderung und Erarbeiten eines Lastenheftes.
  • Anpassen und Erproben der Software.
  • Bewertung der Ergebnisse und Verbesserungsvorschläge für das Gesamtkonzept.
Hochschullehrer

Prof. Dr.-Ing. habil. T. Zerna

Betreuer
Dipl.-Ing.
Daniel Ernst
Tel.:
(0351) 463 36941
Bearbeitungsbeginn
ab sofort
Untersuchung der thermischen und mechanischen Beeinflussung der Wölbung von FR4-Leiterplatten in der SMT-Montage
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Diplomthema
Untersuchung der thermischen und mechanischen Beeinflussung der Wölbung von FR4-Leiterplatten in der SMT-Montage
Zielstellung
Beispiel Simulation der thermischen Verformung mit COMSOL
Prinzipieller Versuchsaufbau
Beispiel Nutzenaufbau

FR4-Leiterplatten sind durch ihren Aufbau aus verschiedenen Materialien wie Kupfer, Epoxidharz und Glasfasern und deren inhomogene Anordnung gekennzeichnet. Diese besitzen unterschiedliche temperaturabhängige und anisotrope Steifigkeiten und thermische Ausdehnungskoeffizienten sowie Wasseraufnahmefaktoren. Diese Eigenschaften führen zu einer Verformung bei der Herstellung, bei thermischer Belastung und bei der Änderung des Feuchtegehaltes. Letztlich wirken sich derartige Verformungen von Leiterplatten und Leiterplattennutzen kritisch auf die Qualität in der SMT-Verarbeitung (z.B. Lötprozess) oder die Qualität der Fertigprodukte (z.B. optische Eigenschaften) aus. Bisher sind Untersuchungen auf die Wirkung von Erwärmungen der Leiterplatten von außen fokussiert. In dieser Arbeit soll die Möglichkeit der Reduktion oder Korrektur dieser Verformungen untersucht werden. Dazu ist eine geeignete Methode zur Aufspannung und Erwärmung zu entwickeln. In Versuchen sind Krümmungsänderungen zu analysieren.

Teilaufgaben
  • Recherche des Stands der Technik und Forschung zu den Effekten der Leiterplattenverformung auf deren Verarbeitung und Ausfallverhalten
  • Entwicklung einer Versuchsmethode zur Überbiegung und äußerer Erwärmung der Leiterplatten
  • Messung der Verbiegungen der Leiterplatten durch zusätzliche Erwärmung bzw. äußere mechanischer Belastung
  • Erstellung und Umsetzung eines Versuchsplans zur Untersuchung der erzwungenen Verkrümmung
  • Analyse der erreichten resultierenden Formänderung
  • Diskussion und Dokumentation der erarbeiteten Lösungsansätze und Ergebnisse sowie Ableitung von Hinweisen für eine praxisgerechte Anwendung.

Dieses Diplomthema wird in Kooperation mit der Firma FSP (Sabine Friedrich und Jörg Missbach) betreut.

Hochschullehrer

Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult. K. Bock

Betreuer
Dr.-Ing.
Karsten Meier
Tel.:
(0351) 463 36594
Bearbeitungsbeginn
ab sofort
Entwicklung zuverlässiger Fanout-Packages für Automotive-Anwendungen mit Hilfe der FEM
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Diplomthema
Entwicklung zuverlässiger Fanout-Packages für Automotive-Anwendungen mit Hilfe der FEM
Zielstellung
CSP-Testvehikel für Physics-of-failure-Untersuchungen

Für die Realisierung hochintegrierter elektronischer Systeme für autonome Fahrzeuge werden heute zunehmend sogenannte Fanout-Packages (FO) eingesetzt. FO-Packages sollen dabei sowohl für Radar- als auch für die schnelle 5G-Kommunikation eingesetzt werden. Beide Anwendungen erfordern eine hohe Zuverlässigkeit der eingesetzten elektronischen Systeme. Um FO-Neuentwicklungen konsequent und frühzeitig auf eine hohe Zuverlässigkeit zu bringen ist ein detailliertes Verständnis der Fehlermechanismen in den Packages zwingend. Dieses Ziel wird durch die Durchführung von beschleunigten Alterungstests und die numerische Analyse des Package-Verhaltens erreicht. Für die numerische Analyse kommt die Finite Elemente Methode (FEM) zum Einsatz. Mit Hilfe der FEM werden Belastungsanalysen, aber auch virtuelle Geometrie- und Materialvariationen möglich. Mit deren Hilfe kann das Verhalten eines Packages unter verschiedenen Belastungsszenarien analysiert werden. In dieser Arbeit soll eine solche FO-Package-Entwicklung mit der FEM unterstützt werden. Dabei sind Modelle von FO-Technologie-Testvehikeln aufzubauen, Materialmodelle zu ermitteln und Belastungsszenarien (z. B. Temperaturwechseltest) zu modellieren. Im Ergebnis sind Beanspruchungsanalysen an Verbindungsstellen und Grenzflächen durchzuführen und darauf basierend Empfehlungen für die Package-Entwicklung abzuleiten.

Teilaufgaben
  • Recherche zu Entwicklungen von zuverlässigen Packages für Automotive-Anwendungen
  • Aufbau von FEM-Modellen für FO-Technologie-Testvehikel für die Untersuchung von Verbindungsstellen und Grenzflächen in Package-Neuentwicklungen
  • Ermittlung von Materialmodellen für Simulationen unter thermo-mechanischen Belastungen
  • Durchführung von FEM-Simulationen unter thermo-mechanischen Belastungen
  • Analyse der Beanspruchung der Testvehikel und Identifikation möglicher Ausfallursachen
  • Vergleich und Diskussion der Untersuchungsresultate mit Erkenntnissen anderer Forscher
  • Ableitung von Empfehlungen zur Weiterentwicklung von FO-Package und Analysemethodik
Hochschullehrer

Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. K. Bock

Betreuer
Dr.-Ing.
Karsten Meier
Tel.:
(0351) 463 36594
Bearbeitungsbeginn
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Analyse der Zuverlässigkeit elektronischer Baugruppen unter kombinierten Vibrations- und Temperaturbelastungen
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Diplomthema
Analyse der Zuverlässigkeit elektronischer Baugruppen unter kombinierten Vibrations- und Temperaturbelastungen
Zielstellung
Testvehikel für isotherme Vibrationsversuche

Die Zuverlässigkeit von elektronischen Baugruppen unter kombinierten mechanischen und thermischen Belastungen gewinnt aufgrund der zunehmenden Marktbedeutung von Fahrassistenzsystemen und IoT-Baugruppen deutlich an Bedeutung. Bis heute sind allerdings nur vergleichsweise wenige Untersuchungen dazu ausgeführt. Daher besteht ein großer Bedarf derartige Experimente unter verschiedenen Belastungsbedingungen effizient auszuführen und auszuwerten. Weiterhin besteht großes Interesse Simulationsmethoden zu befähigen, kombinierte Belastungen realistisch nachzubilden und die zugehörigen Beanspruchungen zu ermitteln. Letztlich ist die Ermittlung von Lebensdauermodellen Ziel der zusammengefassten Untersuchungsergebnisse. Zielstellung der Arbeit ist die Weiterentwicklung eines vorhandenen Versuchsaufbaus zur Untersuchung kombinierter Vibrations- und Temperaturbelastungen, der Aufbau geeigneter Probekörper sowie die Durchführung und Auswertung von Experimenten. In den Experimenten sollen neben variierten Belastungsbedingungen auch verschiedene Lotlegierungen untersucht werden. Darüber hinaus kann die begleitende Analyse mittels der Methode der Finite Elemente Simulation Bestandteil der Arbeit sein. Auf Basis der experimentell ermittelten Ausfalldaten und der berechneten Beanspruchungen sollen Lebensdaueraussagen abgeleitet werden. Für die Auswertung der Experimente sind zerstörungsfreie und zerstörende Prüfverfahren einzusetzen.

Teilaufgaben
  • Weiterentwicklung des vorhandenen Versuchsaufbaus und FEM-Modellaufbau für kombinierte Vibrations- und Temperaturbelastungen
  • Durchführung und Auswertung von isothermen Vibrationsexperimenten und -simulationen
  • Bewertung des Einflusses von mechanischen und thermischen Randbedingungen auf das Ausfallverhalten von Untersuchungsobjekten auf Basis unterschiedlicher Lotlegierungen
  • Vergleich und Diskussion der Untersuchungsergebnisse mit den Erkenntnissen anderer Forschungsprojekte
  • Ableitung von Maßnahmen zur Weiterentwicklung der Untersuchungsmethodik
Hochschullehrer

Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. K. Bock

Betreuer
Dr.-Ing.
Karsten Meier
Tel.:
(0351) 463 36594
Bearbeitungsbeginn
ab sofort
Zündungsmöglichkeiten reaktiver Multilagensysteme zur Verbindungsbildung für 3D-integrierte Schaltungen
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Diplomthema
Zündungsmöglichkeiten reaktiver Multilagensysteme zur Verbindungsbildung für 3D-integrierte Schaltungen
Zielstellung

Reaktive Multilagensystheme (RMS) sind Stapel aus dünnen Metallschichten, in denen sich nach Zündung eine exotherme Reaktion selbständig ausbreitet. Das Multilagensystem wird dabei vollständig in Intermetallische Verbindungen der Ausgangsmaterialien umgewandelt. RMS sind ein vielversprechende Materialklasse für den Aufbau 3D-integrierte Schaltungen, weil die Verbindungsbildung bei Raumtemperatur durchgeführt werden kann. Bei der selbstausbreitenden exothermen Reaktion (SER) treten lokal sehr hohe Temperaturen auf. Die Wärme kann aber schnell in die Umgebung abgeleitet werden und führt nur zu einer geringfügigen Erwärmung der Bauelemente. Für flächige Substrate sind RMS eine etablierte Verbindungstechnologie. Für die potentielle Anwendung in der 3D-Integration benötigt man kleine, voneinander getrennte Kontaktflächen entsprechend den I/Os der zu verbindenden Chips. Ziel dieser Arbeit ist es, passende Zündmechanismen für die 3D-Integration mit fine-pitch interconnect am Beispiel von Ni-Al RMS zu untersuchen und die Qualität der Verbindung zu bestimmen.

Teilaufgaben
  • Literaturrecherche zu RMS mit Fokus auf verschieden Zündmöglichkeiten der SER
  • Versuchsplanung möglicher Zündverfahren (Variation der Prozessparameter)
  • Herstellung von RMS-interconnects und Untersuchung der Verbindungsqualität
  • Diskussion der Ergebnisse im Vergleich mit anderen Verbindungstechnologien für die 3D-Integration
Hochschullehrer

Jun.-Prof. Dr.-Ing. I. Panchenko

Betreuer
Dr.-Ing.
Jörg Meyer
Tel.:
(0351) 463 43773
Bearbeitungsbeginn
ab sofort
Untersuchung des Einflusses thermisch bedingter Bauelementverformungen auf das Ausfallverhalten von BGA-Bauelementen
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Diplomthema
Untersuchung des Einflusses thermisch bedingter Bauelementverformungen auf das Ausfallverhalten von BGA-Bauelementen
Zielstellung

Leiterplatten und Bauelemente elektronischer Baugruppen sind durch einen Aufbau aus verschiedenen Materialien (unter anderem Metalle und Polymere) gekennzeichnet. Deren unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten führen zu einer Verformung (Verbiegung) bei thermischer Belastung, zum Beispiel beim Löten, durch Eigenerwärmung infolge elektrischer Verluste während des Betriebs aber auch durch äußere Temperaturänderungen. Diese Verformungen sind insbesondere bei großen Bauelementen wie BGA kritisch und können zu Qualitätsmängeln (Lötprozess) oder gesteigerten Beanspruchungen der Lotkontakte (Betrieb) führen. Bisher sind Untersuchungen auf die Wirkung von Erwärmungen der Bauelemente von außen fokussiert. In dieser Arbeit soll der Einfluss der Eigenerwärmung im Einzelnen und in der Überlagerung mit äußeren Temperaturwechsellasten untersucht werden. Dazu ist eine geeignete Methode zur Einstellung der Eigenerwärmung zu entwickeln. In Versuchen sind Bauelementausfälle nach unterschiedlichem Lasteintrag zu analysieren.

Teilaufgaben
  • Recherche des Stands der Technik und Forschung zu den Effekten der Bauelementverformung auf deren Ausfallverhalten
  • Entwicklung eines Versuchsmethode zur Überlagerung von Eigenerwärmung und äußerer Erwärmung an BGA-Bauelementen
  • Entwicklung und Herstellung von Heizelementen oder modifizierten BGA-Bauelementen für die Realisierung einer betriebsähnlichen Eigenerwärmung
  • Messung der Verbiegungen der BGAs durch Eigenerwärmung bzw. äußere Belastung
  • Erstellung eines Versuchsplans zur Untersuchung des Ausfallverhaltens von BGA-Bauelementen infolge unterschiedlicher Eigenerwärmung bzw. äußerer Erwärmung
  • Ausführung des erstellten Versuchsplans
  • Detektion und Analyse von Fehlerarten, -orten und -mechanismen an BGA-Bauelementen
  • Diskussion und Dokumentation der erarbeiteten Lösungsansätze und Ergebnisse sowie Ableitung von Hinweisen für die Verbesserung der Versuchsmethodik und die Vermeidung der beobachteten Bauelementausfälle im Feldeinsatz
Hochschullehrer

Prof. Dr.-Ing. h.c. K. Bock

Betreuer
Dr.-Ing.
Karsten Meier
Tel.:
(0351) 463 36594
Bearbeitungsbeginn
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Simulation von mechanischen Belastungsszenarien flexibler Baugruppen
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Diplomthema
Simulation von mechanischen Belastungsszenarien flexibler Baugruppen
Zielstellung
Beispiel für Technologiedemonstrator mit SMD-Bauelementen
Beispiel für Technologiedemonstrator mit SMD-Bauelementen

Die Steigerung der Integrationsdichte und die Miniaturisierung von Elektronik und damit der Elektronikkomponenten stehen nach wie vor im Fokus zahlreicher Aufgabenstellungen. Innovative Technologien (3D-Druck, Ink-Jet etc.) ermöglichen sehr flache und mechanisch flexible Aufbauten. Diese können im Bedarfsfall zusätzlich noch mit etablierten Aufbau- und Verbindungstechniken ergänzt werden. Als Anwendungsbeispiele seien Smart Labels, Wearables usw. genannt.

Für die Neuentwicklung solcher Produkte muss das Design hinsichtlich verschiedener Zuverlässigkeitsanforderungen berücksichtigt werden. Dafür müssen im Vorfeld die relevanten Materialdaten ermittelt und deren Verhalten im Anwendungsfall charakterisiert werden.

In der wissenschaftlichen Arbeit sollen mit geeigneten Technologien Demonstratoren entwickelt werden, welche eine Charakterisierung flexibler Baugruppen ermöglicht. Die Ergebnisse sollen dazu genutzt werden Simulationen mittels FEM abzubilden und Empfehlungen für einzusetzende Technologien und Materialien zu erhalten.

Teilaufgaben
  • Literatur- und Patentrecherche zu Materialien, Technologien und Zuverlässigkeitsbewertung für die Herstellung flexibler Baugruppen, sowie zu Simulationsmethoden mittels FEM.
  • Entwicklung einer Demonstratorbaugruppe für experimentelle Untersuchungen.
  • Abbildung der Experimente in einem FEM-Tool und Nachweis der Tauglichkeit.
  • Ableiten von Design- und Technologieempfehlungen für den Aufbau flexibler Baugruppen. 
Hochschullehrer

Prof. Dr.-Ing. habil. Thomas Zerna

Betreuer
Dipl.-Ing.
Daniel Ernst
Tel.:
(0351) 463 36941
Bearbeitungsbeginn
nach Absprache