Aufgabenstellungen für Diplomarbeiten

Bitte kontaktieren Sie bei Interesse die/den in der jeweiligen Aufgabenstellung genannten Betreuerin/Betreuer.

Zuverlässigkeitsprüfung von teilgedruckten dreidimensionalen opto-elektrischen Baugruppen
Diplomthema
Zuverlässigkeitsprüfung von teilgedruckten dreidimensionalen opto-elektrischen Baugruppen
Zielstellung
Teilgedrucktes Polymer-Keramik 3D-Substrat
Schematische Darstellung einer 3D Opto MID Baugruppe

Für zukünftige Anwendungen im Bereich Internet der Dinge und Industrie 4.0 bieten asymmetrische optische Buskoppler vielfältige Möglichkeiten. Besonders die Umsetzung als eigenständige Baugruppe jenseits des Experimentieraufbaus bringt allerdings noch zahlreiche Herausforderungen mit sich. So ist es aufgrund der notwendigen Biegung des Wellenleiters erforderlich, einen dreidimensionalen Schaltungsträger einzusetzen. Um dennoch auf Standardprozesse der Elektronik zurückgreifen zu können, ist ein Hybridaufbau angestrebt. Aus diesem Grund wird auf ein Dickschicht Keramiksubstrat ein Polymer mittels 3D-Drucker aufgebracht (Abbildung 1) auf dem in vorangegangen Arbeiten bereits optische Wellenleiter und Wandlerbauelemente (Laser/Fotodiode) aufgebracht wurden.
Im Rahmen der Diplomarbeit soll eine Schaltung entwickelt und gelayoutet werden, mit der die optischen Bauelemente angesteuert werden können. Im Anschluss daran soll die gesamte Baugruppe verschiedenen Zuverlässigkeitstests unterzogen werden, um die Eignung der verwendeten Technologien für den Feldeinsatz abschätzen zu können.

Teilaufgaben
  • Literatur-/Patentrecherche zu 3D-Opto-MID
  • Schaltungsentwicklung und -layout für die elektrische Ansteuerung der optischen Bauelemente
  • Aufbau der 3D-Opto-MID Baugruppe
  • Zuverlässigkeitsuntersuchung der Baugruppe unter verschiedenen Temperatureinflüssen
  • Dokumentation der Ergebnisse und Teilaufgaben
Hochschullehrer

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

Betreuung
Dr.-Ing.
Lukas Lorenz
Tel.:
(0351) 463 43767
Bearbeitungsbeginn
ab sofort
Zuverlässigkeitsanalyse von elektronischen Hochfrequenzbaugruppen für Automobilanwendungen
Diplomthema
Zuverlässigkeitsanalyse von elektronischen Hochfrequenzbaugruppen für Automobilanwendungen
Zielstellung
HF-Package für Radar-Anwendung

Hochfrequenzelektronik (HF) mit Signalfrequenzen von bis zu ca. 100 GHz hält aktuell im Automobilbau immer mehr Einzug und macht die Anwendung von geeigneten Packages notwendig. Beispiele hierfür sind Radar- oder Kommunikationsanwendungen. Die Package-Lösungen müssen jedoch nicht nur den HF-Anforderungen genügen, sondern auch den anspruchsvollen Umgebungsbedingungen im Automobil für einen Nutzungszeitraum von bis zu 15 Jahren standhalten. D. h., die elektronischen Baugruppen müssen robust gegenüber mechanischen und thermischen Belastungen gestaltet werden, um – mit Blick auf einen sicheren Fahrbetrieb und hohen Nutzkomfort – eine hohe Zuverlässigkeit zu gewährleisten.

In der Diplomarbeit soll ein HF-taugliches Package-Konzept hinsichtlich dessen Zuverlässigkeit untersucht werden. Ausgehend von einer Literaturrecherche sollen entsprechende Materialien ausgewählt und Package-Konfigurationen festgelegt werden. Mit Hilfe eines Versuchsplanes und mit Berücksichtigung aktueller Normen (z. B. AEC-Q100) ist ein Testregime zur beschleunigten Alterung zu entwickeln und umzusetzen, um die Zuverlässigkeit der Baugruppen zu charakterisieren. Zu berücksichtigen sind dabei Verfahren wie z. B. Temperaturwechseltests, Auslagerung in feuchter Wärme, usw.

Anhand der Ergebnisse sollen Empfehlungen zur Materialauswahl und zum Package-Design abgeleitet werden, welche eine Optimierung der Zuverlässigkeit erwarten lassen.

Teilaufgaben
  • Literatur- und Patentrecherche zu Materialien, Technologien und Zuverlässigkeitsanalysen für elektronische HF-Baugruppen und speziell für Automobilanforderungen,
  • Definition von Bewertungskriterien und Alterungsverfahren zur Zuverlässigkeitsanalyse und Aufstellen eines Versuchsplans,
  • Aufbau von Testbaugruppen für die Zuverlässigkeitsanalyse,
  • Analyse und Bewertung der Baugruppen nach Alterung,
  • Abschätzung des Lebensdauerverhaltens der Baugruppen und
  • Aufbau eines Demonstrator-Packages gemäß der erarbeiteten zuverlässigkeitsoptimierenden Empfehlungen.
Hochschullehrer

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

Betreuung
Dipl.-Ing.
Laura Wambera
Tel.:
(0351) 463 43768
Bearbeitungsbeginn
ab sofort
Entwicklung und Fertigung einer elektronischen Baugruppe zum Funktionsnachweis für AOI-, AXI- und SPI-Systeme
Diplomthema
Entwicklung und Fertigung einer elektronischen Baugruppe zum Funktionsnachweis für AOI-, AXI- und SPI-Systeme
Zielstellung

Die Qualitätssicherung in der Fertigung elektronischer Produkte basiert weitgehend auf bildgebenden Verfahren wie SPI für die Lotpasteninspektion, AOI für die Bauteil- und Lötstelleninspektion und AXI für die Untersuchung verdeckter Strukturen. Für die Akzeptanz der Untersuchungsergebnisse dieser Prüftechnik ist es sehr wichtig, dass sowohl die Anzahl der Pseudofehler als auch der Fehlerschlupf unter allen Bedingungen sehr klein gehalten werden können. Zur Evaluation eines Inspektionssystems wäre somit ein Testobjekt wünschenswert, welches praxisrelevante Bauelementformen, Baugrößen, Bestückpositionen und Verbindungstechniken enthält. Ein solches Testobjekt könnte ein FR4-Leiterplatte sein, die auch eine elektrische Funktionalität besitzt. Weiterhin soll das Testobjekt übliche, aber schwer zu detektierende Fehler enthalten.

Teilaufgaben
  • Analyse und Katalogisierung der Anforderungen einer solchen Baugruppe für die Post-Reflow-Inspektion (AOI, AXI) sowie für die Lotpasteninspektion (SPI)
  • Recherche verfügbarer Demonstrationsbaugruppen und Vergleich mit dem erar­beiteten Forderungskatalog
  • Definition der benötigten Bauformen, Padgeometrien, Lötverbindungen sowie der Bauteilanordnung
  • Auswahl der geeigneten Komponenten und Entwicklung einer imaginären elektronischen Schaltung
  • Layout-Entwicklung auf Basis der gestellten Forderungen
  • Definition von reproduzierbar zu fertigenden Baugruppenfehlern sowie Berücksichtigung dieser bei der Datenerstellung
  • Anfertigung sämtlicher benötigter Produktionsunterlagen
  • Erstellung und Erprobung einer Musterbaugruppe mit den gewünschten Fertigungs­fehlern.
Hochschullehrer

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

Betreuung
PD Dr.-Ing. habil.
Martin Oppermann
Tel.:
(0351) 463 35051
Bearbeitungsbeginn
ab sofort
Entwicklung zuverlässiger Fanout-Packages für Automotive-Anwendungen mit Hilfe der FEM
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

Betreuung
Dr.-Ing.
Karsten Meier
Tel.:
(0351) 463 36594
Bearbeitungsbeginn
ab sofort
Analyse der Zuverlässigkeit elektronischer Baugruppen unter kombinierten Vibrations- und Temperaturbelastungen
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

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

Betreuung
Dr.-Ing.
Jörg Meyer
Tel.:
(0351) 463 43773
Bearbeitungsbeginn
ab sofort
Untersuchung des Einflusses thermisch bedingter Bauelementverformungen auf das Ausfallverhalten von BGA-Bauelementen
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, u. a. Metalle und Polymere, gekennzeichnet. Deren unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten führen zu einer Verformung (Verbiegung) bei thermischer Belastung, z. B. 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

Betreuung
Dr.-Ing.
Karsten Meier
Tel.:
(0351) 463 36594
Bearbeitungsbeginn
ab sofort
Technologien zum Aufbau ultradünner Sensoren
Diplomthema
Technologien zum Aufbau ultradünner Sensoren
Zielstellung
Radiallager und Sensorelektronik
Sensorintegration bisheriger Chiplösungen auf dem Statorpol
bisheriger Flip Chip Sensor
Radiallager und Sensorelektronik
Sensorintegration bisheriger Chiplösungen auf dem Statorpol
bisheriger Flip Chip Sensor

Die Steigerung der Integrationsdichte und die Miniaturisierung von Elektronik und damit der Elektronikkomponenten stehen nach wie vor im Fokus zahlreicher Aufgabenstellungen. Verschiedenste Anwendungen verlangen vor allem nach flachen und mechanisch flexiblen Aufbauten. So werden zum Beispiel in Magnetlagern ultradünne Sensoren eingesetzt um den Magnetfluss zu messen und somit das Lagerspiel zu regeln. Diese Sensoren dürfen nur eine maximal Aufbauhöhe von 100 µm aufweisen, geringere Dicken sind dabei wünschenswert.

In der wissenschaftlichen Arbeit sollen zusätzlich zu bestehenden Lösungen, Ansätze ermittelt und bewertet werden, welche zum Aufbau solcher Sensoren eingesetzt werden können. Anhand einer Bewertungsmatrix wird zumindest die favorisierte Variante in realen Versuchsmustern umgesetzt und damit die Technologie abschließend hinsichtlich ihrer Eignung für ein Magnetlager bewertet.

Teilaufgaben
  • Literatur- und Patentrecherche zu Materialien und Technologien für die Herstellung dünner Sensoren < 250 µm.
  • Entwicklung verschiedener Technologiekonzepte und deren Bewertung.
  • Entwurf und Herstellung von entsprechenden Sensordemonstratoren.
  • Elektrische, optische und mechanische Charakterisierung der Demonstratorbaugruppen.
  • Abschließender Vergleich und Bewertung der verschiedenen Technologien zur Herstellung ultradünner Sensoren hinsichtlich ihrer Anwendung im Magnetlager.
Hochschullehrer

Prof. Dr.-Ing. habil. Thomas Zerna

Betreuung
Dipl.-Ing.
Daniel Ernst
Tel.:
(0351) 463 36941
Bearbeitungsbeginn
nach Absprache
Simulation von mechanischen Belastungsszenarien flexibler Baugruppen
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

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