Aufgabenstellungen für Diplomarbeiten

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Untersuchung der Verbindungstechnologien für die zuverlässige Montage eines Kühlkörpers auf die Chiprückseite
Diplomthema
Untersuchung der Verbindungstechnologien für die zuverlässige Montage eines Kühlkörpers auf die Chiprückseite
Zielstellung
Aufbau eines Systems mit Blockchain-Technologie und Kühlung der Chips

Durch die Verarbeitung von sehr großen Datenmengen oder bei Hochleistungsaufgaben, wie z. B. bei der Blockchain-Technologie, entsteht viel Wärme in den Bauelementen. Die Rückseite von einem Si-Chip kann sich im Aktivmodus bis zu 100 °C aufwärmen. In solchen Aufbauten werden typischerweise große Kühlkörper auf die Rückseite des aktiven Chips aufgebracht (z.B. mit speziellen Klebeschichten oder mit Phasenwechselmaterialien), um die entstehende Wärme sofort abzutransportieren.

Um die gesamte Baugruppe zu miniaturisieren und den Wärmetransport effizienter zu gestalten, werden aktuell neue Kühlkörper mit wesentlich kleineren Maßen entwickelt und einzeln auf die Chips aufgebracht. Dafür wird die Rückseite des Chips metallisiert (z. B. mit Ti und Cu). Das Ziel dieser Diplomarbeit ist zu recherchieren, welche Verbindungstechnologien für die Montage eines kleinen Kühlkörpers auf die Chiprückseite geeignet sind. Eine ausgewählte Technologie soll experimentell untersucht und optimiert werden. Dabei soll das besondere Augenmerk auf die gute Wärmeleitfähigkeit, Zuverlässigkeit und spätere Produktionstauglichkeit dieser Verbindungstechnologie gelegt werden.

Die Probenbereitstellung für diese Diplomarbeit erfolgt im Rahmen der Zusammenarbeit von IAVT mit Fraunhofer IZM ASSID und Firma CoinBau GmbH.

Teilaufgaben
  • Literaturrecherche zum Thema der Diplomarbeit und Vergleich der Verbindungstechnologien.
  • Analyse der Anforderungen an das System und Auswahl einer geeigneten Verbindungstechnologie.
  • Entwicklung eines Konzeptes für die technologische Umsetzung und Planung der Experimente.
  • Vorbereitung der Probekörper (notwendige Metallisierung am Chip und am Kühlkörper).
  • Durchführung der geplanten Experimente und Charakterisierung der Verbindungsqualität sowie der Zuverlässigkeit.
  • Zusammenfassung, Diskussion der Ergebnisse im Kontext der Literaturrecherche und im Kontext der Produktionstauglichkeit.
Hochschullehrer
Jun.-Prof. Dr.-Ing. I. Panchenko
Betreuung
Jun.-Prof. Dr.-Ing.
Iuliana Panchenko
Tel.:
(0351) 463 36229
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
Untersuchung der Temperatur- und Zeitauflösung von mechanisch gekoppelten Temperatursensoren unterschiedlicher Technologien
Diplomthema
Untersuchung der Temperatur- und Zeitauflösung von mechanisch gekoppelten Temperatursensoren unterschiedlicher Technologien
Zielstellung

In Leistungsmodulen für Systeme zur Nutzbarmachung erneuerbarer Energien und für Antriebssysteme in der Elektromobilität werden mehr und mehr Leistungshalbleiter als Die (ungehäustes Bauelement, z.B. IGBT, Diode) verarbeitet, um die entstehende Verlustleistung optimal abführen zu können. Als Aufbau- und Verbindungstechnik für diese Bauelemente kommen dabei das Löten und das Silbersintern auf DCB-Substraten zum Einsatz. Für die Qualitätssicherung in der Fertigung dieser Verbindungen sind zerstörungsfreie Prüfverfahren notwendig. Für Lötverbindungen kann dort meist die Röntgen-Radiografie zum Einsatz kommen. Für Sinterverbindungen hingegen gibt es derzeit kein einsatzbereites zerstörungsfreies Prüfverfahren. Als mögliche Lösung bietet sich hier die Thermografie mit entsprechender Anregungstechnik an. Bisherige Untersuchungen haben gezeigt, dass eine thermische Anregung mittels Heizstruktur von der Oberfläche des Halbleiters in den Gesamtaufbau hinein gute Kontrastergebnisse bei Betrachtung mit einer gekühlten Thermografiekamera liefert. Inspektionsziel ist dabei die Beurteilung der Fügestelle Die – DCB-Substrat hinsichtlich ihrer thermischen Leitfähigkeit. An dieser Stelle setzt das hier vorliegende Thema an. Es soll untersucht werden, inwieweit die Integration von mechanisch gekoppelten Temperatursensoren in die Heizstruktur ähnliche Ergebnisse zeitlich und thermisch aufgelöst liefert. Solche Sensoren müssen eine sehr kleine thermische Masse bzw. Wärmekapazität haben. Untersucht werden sollen Si-Dioden, NTCs, Pyrometersensoren in direkter Kopplung und die Widerstandsheizstrukturen selbst.

Teilaufgaben

Folgende Teilaufgaben sollen gelöst werden:

  • Aufbau eines einfachen Messplatzes zur Ermittlung des zeitlich aufgelösten Temperaturmessverhaltens der oben genannten Sensoren (Stromversorgung vorhandener Heizstrukturen im Impulsbetrieb, Messungen mit Oszilloskoptechnik)
  • Vergleich mit den Messergebnissen einer gekühlten und einer ungekühlten Thermografiekamera am selben Messaufbau
  • Auswahl eines Messprinzips zur Integration in eine Heizstruktur zur Anregung eines Si-Dies mit einer Fläche von 1cm² und Aufbau und Programmierung einer Auswerteelektronik auf Basis (z.B.) eines Arduino-Boards
  • Erprobung an vorhandenen Fehlerproben.
Hochschullehrer
Prof. Dr.-Ing. habil. T. Zerna
Betreuung
PD Dr.-Ing. habil.
Martin Oppermann
Tel.:
(0351) 463 35051
Bearbeitungsbeginn
04/2018
Entwicklung einer Messkammer für die Untersuchung optischer Verbindungen hinsichtlich wechselnder Umwelteinflüsse
Diplomthema
Entwicklung einer Messkammer für die Untersuchung optischer Verbindungen hinsichtlich wechselnder Umwelteinflüsse
Zielstellung
Optische Buskoppler im Versuchsstand
Versuchsprinzip zur Messung der Koppelrate zwischen zwei Wellenleitern

Während in der Telekommunikation schon seit langem von den Vorteilen der optischen Informationsübertragung profitiert wird, stellen sich bei der Verdrahtung über kürzere Distanzen (bauteilintegrierte optische Strukturen) noch zahlreiche Herausforderungen. Ein neuer Ansatz dazu ist die Verwendung eines optischen Bus-Kopplers (siehe Abbildung 1). Dabei werden die zu koppelnden Lichtwellenleiter (LWL) nicht wie sonst üblich an den Stirnflächen aufgetrennt und gekoppelt. Stattdessen erfolgt eine Kopplung an den Seitenflächen der planaren Wellenleiter, sodass es zu einem Überkoppeln des Lichtes zwischen beiden Kanälen kommt. Hierzu ist es notwendig beide Wellenleiterkerne in direkten Kontakt zu bringen, wodurch eine Kontaktfläche entsteht.

In vorangegangen Arbeiten konnte die Funktionsweise des Koppelprinzips nachgewiesen und charakterisiert werden. Für eine konsequente Weiterentwicklung im Hinblick auf eine reale Anwendung ist es notwendig, das Verhalten der Koppelstelle unter Umwelteinflüssen zu untersuchen. Dazu soll der bestehende experimentelle Koppelaufbau um eine miniaturisierte Klimakammer erweitert werden. Diese soll es ermöglichen, dass nur im Bereich der Kopplung Umgebungsbedingungen verändert werden ohne dabei Ein- und Auskopplung zu beeinflussen (siehe Abbildung 2). Im Rahmen der Diplomarbeit erfolgt dazu die Konstruktion der Messkammer mit integrierter Regelung der Temperatur und (optional) Luftfeuchte. Diese wird im Anschluss in den Koppelmessplatz integriert, um die Funktionsweise zu testen und erste Aussagen über die Zuverlässigkeit zu treffen.

Teilaufgaben
  • Literaturrecherche zum Stand der Technik bei Zuverlässigkeitsuntersuchungen optischer Baugruppen
  • Konstruktion einer hermetischen Messkammer mit der Möglichkeit zur Temperatur- und (optional) Luftfeuchteregelung
  • Untersuchung des Langzeitverhaltens der Koppelleistung unter wechselnden Umweltbedingungen
  • Dokumentation der Ergebniss
Hochschullehrer
Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Karheinz Bock
Betreuung
Dipl.-Ing.
Lukas Lorenz
Tel.:
(0351) 463 43767
Bearbeitungsbeginn
ab sofort
Verbesserung einer Versuchsvorrichtung zur mechanischen Charakterisierung von Lotkontakten
Diplomthema
Verbesserung einer Versuchsvorrichtung zur mechanischen Charakterisierung von Lotkontakten
Zielstellung
Vorrichtung zur mechanischen Charakterisierung von Lotkontakten: (links) realer Aufbau des Mikrotesters; (Mitte) schematischer Aufbau mit Einzelkomponenten (CAD); (rechts) Probekörper und Einspannung

Die mechanischen Eigenschaften von Lotkontakten elektronischer Baugruppen sind für die Lebensdauerabschätzung von unschätzbarem Wert. Zwar ist es möglich, diese anhand von großvolumigen Zugproben zu ermitteln, aber am Institut durchgeführte Untersuchungen haben gezeigt, dass die auf diese Weise erzeugten Daten nicht unbedingt das Verhalten kleiner Kontakte (Durchmesser < 400 µm) widerspiegeln.

Ziel der Arbeit soll es sein, die am Institut vorhandene Vorrichtung zur Charakterisierung von BGA-Kontakten weiter zu qualifizieren. Das Gerät soll sowohl die Aufnahme von charakteristischen Materialdaten, wie bspw. Kriechen, als auch reine mechanische Wechselversuche zur Lebensdauerabschätzung bei unterschiedlichen Temperaturen erlauben. Neben Konstruktions- und Montageaufgaben sind dabei auch benötigte Schaltungen zu realisieren und softwaretechnische Lösungen zur Automatisierung umzusetzen.

Teilaufgaben
  • Literaturrecherche zum Messprinzip
  • Analyse des vorhandenen Aufbaus
  • Design und Umsetzung fehlender oder defekter Komponenten
  • Montage, Programmierung und Kalibrierung des Messaufbaus
  • Nachweis der Funktionsfähigkeit des Messaufbaus.
Hochschullehrer
Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Karlheinz Bock
Betreuung
Dr.-Ing.
Maik Müller
Tel.:
(0351) 463 33172
Bearbeitungsbeginn
ab sofort
In-situ-Temperaturmessung einzelner Lotkontakte während des Reflowprozesses
Diplomthema
In-situ-Temperaturmessung einzelner Lotkontakte während des Reflowprozesses
Zielstellung
Temperaturerfassung einer Lötstelle während des Reflowprozesses: Schematischer Messaufbau mit Thermopaar
Vergleich der Temperaturprofile für Substrat und Lötstelle

Die für die Zuverlässigkeit relevanten mechanischen Eigenschaften von Lotkontakten elektronischer Baugruppen sind von einer Vielzahl von Prozessparametern abhängig, wie bspw. vom Lot- und Padmaterial, von der Kontaktgeometrie oder vom Temperaturprofil beim Reflowprozess. Letzterer ist dabei von besonderer Bedeutung, da während der Erstarrung des Lotkontakts die initialen Eigenschaften festgelegt werden. Zwar kann das Profil der Baugruppe global ermittelt werden, aber der genaue Temperaturverlauf der Einzelkontakte kann aufgrund unterschiedlicher Erwärmung davon abweichen (siehe Abbildung 1). Weiterhin ist es durch eine direkte Messung des Kontakts möglich, relevante Informationen zum Zeitpunkt des Aufschmelzens und der Erstarrung zu erhalten.

Ziel dieser Arbeit soll ein Messaufbau sein, welcher den Temperaturverlauf einzelner Lotkontakte während des Reflowprozesses aufzeichnen kann. Beim Design des Probekörpers sollte darauf geachtet werden, dass dieser für weitere Zuverlässigkeitstests geeignet ist und bspw. eine elektrische Messung zur Ausfallsdetektion erlauben sollte.

Teilaufgaben
  • Literaturrecherche zu Methoden der In-situ-Temperaturerfassung von Lotkontakten.
  • Design des Messaufbaus und des Probekörpers.
  • Aufbau und Kalibrierung des Messaufbaus.
  • Nachweis der Funktionsfähigkeit des Messaufbaus.
  • Diskussion der Ergebnisse im Kontext der Literaturrecherche.
Hochschullehrer
Jun.-Prof. Dr.-Ing. Iuliana Panchenko
Betreuung
Dr.-Ing.
Maik Müller
Tel.:
(0351) 463 33172
Bearbeitungsbeginn
ab sofort
Untersuchung von Zelladhäsion auf aktiv manipulierbaren Oberflächen
Diplomthema
Untersuchung von Zelladhäsion auf aktiv manipulierbaren Oberflächen
Zielstellung

Die Entwicklungen und Miniaturisierbarkeit im Bereich der Mikrosystemtechnik ermöglichen neue implantierbare Systeme für die Diagnose oder Therapie. Im Sinne der Miniaturisierung und einer mechanischen Anpassung des Implantates an das Empfängergewebe sind Polymere als Funktions- und Konstruktionswerkstoff zunehmend interessant. Um eine verstärkte Akzeptanz der Implantate beim Organismus des Empfängers zu erlangen, werden Polymeroberflächen mit Mikro- bzw. Nano-strukturen versehen. Ebenso werden Zellreaktionen durch den Einfluss von elektrischen Feldern an der Implantatsoberfläche hervorgerufen.
Ziel dieser Arbeit ist es, das Aufwachsverhalten von Zellen der adhärenten Zelllinie HFFF2 auf geeig-neten Probekörpern mit verschiedenen eingebetteten Elektrodenstrukturen unter Variation der Sig-nalform zu untersuchen. Die Elektroden sind im Inkjetverfahren mit nanopartikelhaltigen Tinten her-zustellen. Die Signale zur Zellbeeinflussung werden von einer Hochspannungsquelle erzeugt. Die Signalform soll mittels einer eigens zu entwickelnden Elektronik bestimmt werden. Bezüglich der Zellversuche soll eine Prüftechnologie entwickelt werden, die eine gleichzeitige Signalapplikation während der Inkubation und ein anschließendes Auswerteverfahren für mögliche Zellreaktionen er-möglicht, erstellt werden.

Der Umfang der Aufgabenstellung wird an die Anforderungen von Studien oder Diplom/Masterarbeit angepasst.

Teilaufgaben

  • Literaturrecherche zum Einsatz aktiv veränderbaren Oberflächen von biokompatiblen Funktions-materialien der AVT
  • Aufbau des Versuchstandes

    • Elektronikentwicklung
    • Entwurf des Auswerteverfahrens

  • Durchführung von Zelltests unter Variation von Elektroden- und Signalformen
  • Auswertung und Dokumentation der Ergebnisse
Hochschullehrer
Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. K. Bock
Betreuung
Dipl.-Ing.
Martin Schubert
Tel.:
(0351) 463 42510
Bearbeitungsbeginn
August 2017
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
Erfassung und Analyse des Verformungsverhaltens von SMT-Bauelementen während des Lötprozesses
Diplomthema
Erfassung und Analyse des Verformungsverhaltens von SMT-Bauelementen während des Lötprozesses
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 bzw. Verbiegung bei thermischer Belastung, z. B. beim Löten, durch Eigenerwärmung infolge elektrischer Verluste oder durch äußere Temperaturänderungen. Diese Verformungen sind insbesondere bei großen Bauelementen wie BGA und QFP kritisch und können zu Qualitätsmängeln (Lötprozess) oder gesteigerten Beanspruchungen der Lotkontakte während des Betriebs führen. Bisher sind Untersuchungen dazu durch die fehlende Möglichkeit der Verformungsmessung auf verschiedenen Höhenebenen (Leiterplatten- und Bauelement-oberfläche) eingeschränkt. In dieser Arbeit soll die vorhandene Thermoiré-Messtechnik um eine Softwarefunktion zur Auswertung von Verformungen in verschiedenen Ebenen erweitert und diese Fähigkeit zur Analyse von montierten Baugruppen erprobt werden.

Teilaufgaben
  • Recherche des Stands der Technik und Forschung zu Methoden für die Untersuchung des Verformungsverhaltens von BGA- und QFP-Bauelementen
  • Analyse der Störeinflüsse (z. B. thermische Ausdehnungen) bei Thermoiré-Messungen
  • Erarbeitung und Test von Algorithmen zur Ermittlung der Verformungen auf verschiedenen Höhenniveaus auf der Basis der vom Messgerät bereitgestellten Messdaten
  • Umsetzung in eine Softwarelösung
  • Aufbau einer Datenbank für die Erfassung der Analyseergebnisse
  • Durchführung und Auswertung von Beispielmessungen
  • Dokumentation der erarbeiteten Algorithmen, der Datenbank und des geschaffenen Softwaretools
  • Diskussion der geschaffenen Lösungen und der durchgeführten Beispielmessungen
Hochschullehrer
Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. K. Bock
Betreuung
Dr.-Ing. habil.
Heinz Wohlrabe
Tel.:
(0351) 463 35479
Bearbeitungsbeginn
ab sofort
Entwurf eines Matrix-Heizsystems zur thermischen Anregung von Objekten für die Thermografie und Miniaturisierung dieses Systems
Diplomthema
Entwurf eines Matrix-Heizsystems zur thermischen Anregung von Objekten für die Thermografie und Miniaturisierung dieses Systems
Zielstellung
Thermografiebild einer Baugruppe
Untersuchungsobjekt mit Teststrukturen
Thermografiebild einer Baugruppe
Untersuchungsobjekt mit Teststrukturen

In der aktiven Thermografie ist es notwendig, eine Probe gezielt zeitlich und örtlich thermisch anzuregen, um mit Methoden wie Log-In-Thermografie oder Impulsthermografie Informationen über verdeckte Bereiche der Probe zu bekommen. Eine große Rolle könnten solche Inspektionsmethoden zukünftig an den Kontaktstellen von als Nacktchip verarbeiteten Leistungshalbleitern, wie sie in Umrichtern für die Elektromobilität oder für die Erzeugung erneuerbarer Energien eingesetzt werden, spielen. Als Verbindungstechniken kommen hier das Löten und das druckbehaftete Silbersintern in Betracht. Am IAVT/ZmP wird für die Inspektion solcher Aufbauten eine einfache aber schnelle, mit wenigen Pixeln funktionierende Thermografiekamera entwickelt. Als eine Anregungsmethode soll in dieser Arbeit die thermische Anregung mittels eines Dickschicht-Matrixheizers untersucht werden, der eine örtlich, zeitlich und thermisch aufgelöste Anregung verspricht. Weiterhin ist zu untersuchen, in wieweit solch ein Heizer miniaturisiert aufgebaut werden kann.

Teilaufgaben
  • Erarbeitung eines Konzepts zur gezielten elektrischen Ansteuerung der Pixel eines Matrixheizers mit 5x5 Elementen
  • Dimensionierung und Entwurf eines Dickschichtheizers mit 5x5 Elementen und einem Pixelabstand von zunächst 5 mm für eine Temperaturüberhöhung von mindestens 30 K pro angesteuertem Pixel
  • Erprobung des Heizers und der elektrischen Ansteuerung mit einer vorhandenen Thermografie­kamera
  • Entwurf eines miniaturisierten Matrixheizers mit höchstens 3 mm Pixelabstand und Abschätzung der erreichbaren elektrischen und thermischen Parameter.
Hochschullehrer
Prof. Dr.-Ing. habil. T. Zerna
Betreuung
Dr.-Ing.
Michael Schaulin
Tel.:
(0351) 463 31695
Bearbeitungsbeginn
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