Doktoranden- & Oberseminar Aufbau- und Verbindungstechnik

Ablauf des Oberseminars im WS 2021/22

  • Donnerstag, 14.10.21, 9.20 Uhr, online (bitte vorher unbedingt im OPAL eintragen!): Einführung in das Oberseminar durch Prof. Bock
  • bis 44. KW: Auswahl eines Themas sowie Abstimmung und Formulierung der Aufgabenstellung durch die jeweiligen Betreuer. Eine unterschriebene Aufgabenstellung erhält der Student, eine zweite verbleibt beim Betreuer.
    Hinweis: Sofern es sich um Diplomthemen handelt, dienen diese lediglich zur Themenfindung, ihre eigentliche Bearbeitung erfolgt nicht im Oberseminar.
  • Während des WS: Aufgabenbearbeitung (Studie zum "Stand der Technik" und zur "Quellenlage") einschließlich Konsultationen mit den Betreuern.
  • Januar 2022: Einschreiben in HISQIS (Beleg PN 91520 und Referat PN 91510).
  • Nach individueller Terminabsprache: Hinweise zur Einzelprüfung durch Prof. Bock, Abgabe des Belegs bis 3.02.22 (Download Vorlage) beim Betreuer, Terminfestlegung der Präsentation (7.02. bis 4.03.22).
  • Prüfungsperiode: individuelle Präsentation (Download Vorlage) der Ergebnisse im GLB 7-102 unter Anwesenheit des Betreuers und eines weiteren Beisitzers (Prof. Bock, Prof. Zerna oder Jun.-Prof. Panchenko). Bitte Vortragshinweise beachten. Notenbekanntgabe von Beleg und Vortrag.

Seminarthemen

14.10.2021
Einführung in das Oberseminar (online)
Prof. Karlheinz Bock

21.10.2021
Entwicklungen zur adaptiven 3D-optischen Buskopplung und für polymere optische Umverdrahtungsträger
David Weyers

28.10.2021
Cu-Nanodraht-basierte Fine-Pitch Interconnect-Technologie
Ran Yin

04.11.2021
Solder material characterization and modeling and its effect on chip-package interaction analysis
Viktor Dudash, GLOBALFOUNDRIES

11.11.2021
Prognostics and Health Monitoring of Electronics
Darshan Bhat, Fraunhofer IKTS

18.11.2021
Erzeugung definierter Strukturfehler in elektronischen Bauelementen
Victoria C. Köst

25.11.2021
Realisierung von funktionsintegrierten Bauteilen für die Flugzeugkabine
Daniel Ernst

02.12.2021
AVT für hochsensible MEMS
Dr. Lukas Lorenz, Fraunhofer IPMS

9.12.2021
Zuverlässigkeitsuntersuchungen unter kombinierter Lasten und Nutzung neuronaler Netze für die Schadensmodellierung
Robert Höhne

16.12.2021
Ultradünnes Glas als Basismaterial für Hochtemperatursensorik
Philip Knoch

06.01.2022
tbd
 

13.01.2021
tbd
 

20.01.2022
iForce - State of health estimation of electronic packages using piezoresistive stress sensor
Dr. Przemek Gromala, Robert Bosch GmbH

27.01.2022
Alternative technology of die-to-wafer direct bond interconnection-Solid liquid interdiffusion in oxide
Gaurav Khurana, GLOBALFOUNDRIES

03.02.2022
PVD-Dünnschichttechnologie für die AVT
Dr. Krzysztof Nieweglowski
 

Aufgabenstellungen für das Oberseminar

Sie können aus den nachfolgenden Themen wählen.

Nutzung neuronaler Netzwerke für Zuverlässigkeitsuntersuchungen an elektronischen Baugruppen

Gegenwertig werden am Institut für Aufbau- und Verbindungstechnik der Elektronik (IAVT) Schadensmodellierungen und Lebensdauermodelle für kombinierte Einflüsse von Temperaturwechsel und Vibration entwickelt. Eine wichtige Rolle spielt die Finite-Element-Methode (FEM) für die Aufstellung der Lebensdauermodelle. Hierfür ist die Anwendbarkeit von Machine-Learning (ML) bzw. neuronalen Netzwerken (NN) interessant, um z. B. Simulationen mit gleichzeitiger Vibrations- und Temperaturwechsellast umsetzten zu können.

In der Literatur sind verschiedene Anwendungen von neuronalen Netzwerken in Verbindung mit anderen ML-Verfahren für z. B. thermische Belastungen bekannt. In einer Recherche im Rahmen des Oberseminars Aufbau- und Verbindungstechnik sollen diese und weitere zusammengetragen, systematisiert und anhand ausgewählter Eigenschaften (z. B. Einsatz, Belastungen, Genauigkeit, Schnelligkeit, Komplexität) verglichen werden. Schwerpunkt bilden dabei die Anwendung neuronaler Netze auf Zuverlässigkeitsuntersuchen in der Aufbau- und Verbindungstechnik. Besonderes Augenmerk ist bei der Recherche auf thermo-mechanische Lasten (TC), reinen mechanischen Lasten (Vibration.) bzw. die Verbindung verschiedener Lasten zu legen. Als Ausgangspunkt kann bereits recherchierte Literatur genutzt werden.

Betreuer: Dipl.-Ing. Robert Höhne


Recherche von hochtemperaturfesten Keramikheizplatten

In der Arbeitsgruppe Charakterisierung und Diagnostik in der Elektronik-Technologie des IAVT ist eine In-Situ Messzelle zur Beobachtung von Lötvorgängen im Röntgenmikroskop nanome|x konstruiert und aufgebaut worden. Die Erwärmung der Probekörper erfolgt über eine regelbare Heizplatte, welche aus einem Dickschichtheizer mit integriertem Temperatursensor auf einem keramischen Substrat aufgebaut ist. Das gegenwärtige Limit beträgt ca. 300°C. Es besteht jedoch der Bedarf hin zu Temperaturen höher als 400°C, um die Lötprozesse der Leistungselektronik noch realer abbilden zu können.

Besonderes Augenmerk ist bei der Recherche auf die Hochtemperaturfestigkeit und Homogenität der Erwärmung zu legen. So sind unter Berücksichtigung der Einsatzbedingungen geeignete Materialien und Aufbautechnologien zu ermitteln und zu bewerten. Als Ausgangspunkt können bereits recherchierte Literatur und Abschlussarbeiten für derartiger Heizsysteme genutzt werden.

Betreuer: M.Sc. Oliver Albrecht


Niederdrucksintern als Hochtemperaturverbindung in der Leistungselektronik

Leistungselektronik ist im Rahmen der zunehmenden Elektrifizierung unseres Alltags speziell im Bereich Mobilität ein wichtiger Forschungsbereich. Die allgemein hohe Abwärmemenge in diesem Bereich stellt extreme thermische Anforderungen (T >> 150 °C) an die Verbindungen auf Leiterplattenniveau. Eine Standardlotverbindung ist in diesem Temperaturbereich nicht mehr stabil. Silbersintern stellt hier eine bereits etablierte Verbindungstechnologie und eine vielversprechende Alternative zum Diffusionslöten dar. Problematisch ist allerding bei der Bauelementmontage mit Sinterprozessen der hohe Druck von über 40 MPa auf das Bauelement, was zu Schädigungen an den verbundenen Bauelementen führen kann. Alternativ ist auch ein druckloses, rein thermisches Sintern möglich. Diese Technologie ist aber auf Grund stark verringerter Haftfestigkeit und deutlich erhöhter Prozesszeit für eine großtechnische Umsetzung unattraktiv. Sintern in einem Druckbereich zwischen 0,5 MPa und 20 MPa stellt hier eine vielversprechende Verbindungstechnologie dar. Die bei dieser Anwendung benötigten großen Kontaktflächen bilden eine zusätzliche Herausforderung beim Entfernen der organischen Bestandteile der Sinterpasten.

Bei der Recherche soll besonderes Augenmerk auf die Adhäsion der Fügepartner im Niederdruckbereich, den Übergang zu Kupfer als Sintergut und/oder Kontaktfläche und die Möglichkeiten zur Entfernung organischer Bestandteile der Sinterpasten vor dem Sinterprozess gelegt werden.

Als Ausgangspunkt für die Recherche können die vorhandene wissenschaftliche Literatur sowie Informationen von Sinterpasten-Herstellern genutzt werden.

Betreuer: Dr.-Ing. Jörg Meyer


Aufbauvarianten und Technologien für drastisch skalierte Verbindungen

Gegenwärtig werden am Institut für Aufbau- und Verbindungstechnik (IAVT) in enger Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IZM ASSID neue Technologien für sehr kleine Verbindungsstellen erforscht. So wurden die Prozesse für die Herstellung kleiner Mikrobumps bis zu 25 µm im Durchmesser bereits erfolgreich entwickelt und die Verbindungen wurden analysiert. Die klassischen Mikrobumps haben folgenden Schichtaufbau: Diffusionsbarriere und Keimschicht, Cu, Ni, (gilt als Diffusionsbarriere für langsames Phasenwachstum), SnAg-Lot (kann durch andere Lote ersetzt werden). Bei der weiteren Skalierung der Verbindungen (z.B. bis zu 5 µm im Durchmesser und noch kleiner) müssen weitere Aufbauvarianten und Technologien für Mikrobumps in Betracht gezogen werden. Bei sehr kleinen Mikrobumps steigt die Wahrscheinlichkeit für Kurzschlüsse nach dem Bonden. Außerdem sollen bei der Herstellung solcher Mikrobumps die technologischen Aspekte verglichen werden. So können bei freistehenden Cu-Mikrobumps durch den Ätzprozess (Entfernung der Cu-Keimschicht) Cu-Bumpwände sehr stark angegriffen werden, was zu einer Verringerung des Bumpdurchmessers führen kann.

In einer Recherche im Rahmen des Oberseminars sollen mögliche Aufbauvarianten und Technologien für die Herstellung sehr kleiner Mikrobumps (kleiner 5 µm im Durchmesser) verglichen werden. Alle Aufbauvarianten sollen für die Waferlevel-Prozessierung geeignet sein. Dabei liegt der Schwerpunkt auf dem Vergleich des Schichtstapels, der Materialien und dem Prozessablauf vom Aufbau des Mikrobumps bis zum Bonden. In Absprache mit dem Betreuer ist ggf. auch eine Patentrecherche einzubeziehen.

Betreuerinnen: Jun.-Prof. Iuliana Panchenko, Dipl.-Ing. Laura Wambera


Untersuchungsmethoden zur Charakterisierung von kleinen Kontakten

Gegenwärtig werden am Institut für Aufbau- und Verbindungstechnik (IAVT) in enger Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IZM ASSID neue Technologien für sehr kleine Verbindungsstellen erforscht. So wurden die Prozesse für die Herstellung kleiner Mikrobumps bis zu 25 µm im Durchmesser bereits erfolgreich entwickelt und die Verbindungen wurden analysiert. Bei weiterer Skalierung von Kontakten (z.B. bis zu 5 µm im Durchmesser und noch kleiner) geraten einige Prüfverfahren an ihre Auflösungsgrenze oder sind aufgrund ihrer Methodik nicht geeignet. Daher müssen alternative Verfahren und Methoden zur Charakterisierung einzelner Kontakte und Verbindungsstellen in Betracht gezogen werden.

In einer Recherche im Rahmen des Oberseminars sollen Analyseverfahren für die Charakterisierung von kleinen Kontakten (kleiner 5 µm im Durchmesser) verglichen werden. Alle Verfahren und Methoden sollen für die Analyse von Metallschichten im unteren Mikrometerbereich geeignet sein. Dabei liegt der Schwerpunkt auf Untersuchungen zur Qualität, Mikrostruktur, sowie mechanischem Spannungszustand und mechanischer Stabilität.

Betreuerinnen: Jun.-Prof. Iuliana Panchenko, Dipl.-Ing. Laura Wambera


Recherche von AVT-Technologien für ultradünne Glassubstrate für Hochtemperaturanwendungen

Elektronik auf Basis von Glassubstraten bietet Vorteile mit Blick auf die Miniaturisierung, hohe I/O-Dichten, hohe Temperaturstabilität und mechanische Flexibilität.

Das Ziel dieser Recherche liegt in der Erarbeitung eines Technologieüberblicks, basierend auf dem aktuellen Stand der Technik sowie verschiedener Methoden zur Abscheidung und Strukturierung von leitfähigen, isolierenden und passivierenden Schichten auf ultradünnen Glassubstraten (UTG). Der Fokus liegt hier bei Anwendungstemperaturen von bis zu 450°C.

Als Ausgangspunkt können bereits recherchierte Literatur verschiedener AVT-Methoden und experimentell erzielte Ergebnisse genutzt werden. In Absprache mit dem Betreuer ist ggf. auch eine Patentrecherche einzubeziehen.

Betreuer: Dipl.-Ing. Philip Knoch


Recherche zu Aufbau- und Verbindungstechnologien (AVT) dreidimensionaler Elektronik

Die dreidimensionale Elektronik wird für die Funktionalisierung jeglicher Dinge des täglichen Lebens immer interessanter. Mit dem Begriff Internet of Things (IoT) wird dieser Trend überschrieben und ist an zahlreichen Beispielen sichtbar. So sind z. B. Armbanduhren, Türschlösser, Heizkörperthermostate heutzutage oft direkt oder indirekt an das Internet angeschlossen.

Beim Aufbau solcher Systeme stößt die traditionelle zweidimensionale AVT mit dem Aufbau auf Leiterplatte an ihre Grenzen. Zunehmend wird die Elektronik auf dreidimensionale Körper aufgebaut. Dabei gibt es verschiedene Technologien, um solche Aufbauten herzustellen.

Mit dem Hintergrund für zukünftige Aufbauten eine einfache Technologieauswahl treffen zu können, soll eine Recherche und ein Vergleich hinsichtlich der verfügbaren Technologien durchgeführt werden.

Als Ausgangspunkt kann bereits recherchierte Literatur genutzt werden.

Betreuer: Dipl.-Ing. Daniel Ernst


Recherche zur Fine-Pitch-Kontaktierung unter 100 µm Padabstand

Die steigende Funktionalisierung elektronischer Systeme auf engem Bauraum führt weiterhin dazu, dass die Anschlusszahlen in elektronischen Systemen weiter steigt und dabei die Dichte der Anschlüsse weiter steigt. Für die Ankontaktierung integrierter Schaltkreise auf Siliziumbasis werden üblicherweise Drahtbond- oder Flip-Chip-Prozesse durchgeführt. Der Abstand zwischen den Anschlussflächen (Pitch) ist dabei inzwischen unter 100 µm.

Die Umverdrahtung mittels Drahtbonden oder Flip-Chip-Bonden stößt hierbei an ihre Grenzen. Mit dem Ziel eine zuverlässige AVT für Fine-Pitch-Anwendungen bereitzustellen, ist eine Recherche zu Verfahren und Technologien vor allem mit dem Fokus auf die Flip-Chip-Kontaktierung durchzuführen.

Als Ausgangspunkt können bereits recherchierte Literatur und Versuchsergebnisse genutzt werden.

Betreuer: Dipl.-Ing. Daniel Ernst