• Donnerstag, 24.10.24, 9.20 Uhr, WHB 205/206 (bitte vorher unbedingt im OPAL eintragen!): Einführung in das Oberseminar durch Prof. Bock
• bis 45. 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 2025: Einschreiben in HISQIS (Beleg PN 91520 und Referat PN 91510) oder SELMA.
• Nach individueller Terminabsprache: Hinweise zur Einzelprüfung durch Prof. Bock, Abgabe des Belegs bis 7.02.25 (Download Vorlage) beim Betreuer, Terminfestlegung der Präsentation (10.02. bis 08.03.25).
• Prüfungsperiode: individuelle Präsentation (Download Vorlage) der Ergebnisse im Haus N63, A.309, unter Anwesenheit des Betreuers und eines weiteren Beisitzers (Prof. Bock oder Prof. Zerna). Bitte Vortragshinweise beachten. Notenbekanntgabe von Beleg und Vortrag.

24.10.2024
Einführung in das Oberseminar
Prof. Karlheinz Bock
Prozessführung des Niederdruckkupfersinterns in der Leistungselektronik
Karl Felix Wendelin Gierth, BOSCH

07.11.2024
Nanoimprint Lithography for flexible optical interconnect
Akash Mistry, IAVT

14.11.2024
Untersuchung von Silber-Sinter-Verbindungen mit der Multi-Energy Radiografie
Oliver Albrecht, IAVT

21.11.2024
entfällt
 

28.11.2024
Implementierung recheneffizienter FEM- und ROM-Methoden für die Zuverlässigkeitsanalyse
Chengzhe Lyu, IAVT

5.12.2024
Copper sintering for high power electronics packaging - advantages and challenges
Krishna Bhogaraju, CuNex GmbH

12.12.2024
ML-Modelling for Electronics Reliability Analysis
Cristian C. G. Alfonso, University of Florence

19.12.2024
Zuverlässigkeit elektronischer Baugruppen für harsche Einsatzbedingungen
Max Häusler, IAVT

9.01.2025
Hybride akustische Stacks für die medizinische Bildgebung
Julian Kober, EKFZ

16.01.2025
Metall-Oxid-Sensoren für die medizinische in-vivo Gasanalyse
Felix Stadermann, IAVT

23.01.2025
Erfahrungsbericht aus dem ersten STIP-Studentenaustausch mit Taiwan (NTU & TSMC)
Clara Scheffler, Dr. Josef Goldberger, TU Dresden

30.01.2025
Prozessentwicklung für polymere, optische AVT
David Weyers, IAVT

6.02.2025
Koh Young Technology: 3D-Messtechnik in der Elektronikfertigung und Wegbereiter der Smart Factory
S. Ahmad, A. Lindloff, Koh Young Europe GmbH

In der heutigen technisierten Welt ist die Zuverlässigkeit elektronischer Komponenten von entscheidender Bedeutung, insbesondere in sicherheitskritischen Anwendungen wie der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und der Medizintechnik. Lotkontakte sind aus Sicht der Zuverlässigkeit kritische Verbindungsstellen in elektronischen Baugruppen, deren Integrität entscheidend für die Funktionalität des gesamten Systems ist. Schockversuche, die dazu dienen, die Belastbarkeit und Lebensdauer dieser Kontakte zu testen, sind unerlässlich, um potenzielle Schwachstellen frühzeitig zu identifizieren. Zuverlässigkeitsversuche, wie beispielsweise der Schocktest, können mitunter sehr zeitaufwändig sein. Die beschleunigte Generierung und gleichzeitige Detektion von Lotkontaktversagen stellen jedoch eine Herausforderung dar. Einschränkungen sind durch zum Einsatz kommende Shaker gegeben. Diese können nur begrenzte Kräfte aufbringen und sind baulich in möglichen Auslenkungen beschränkt. Lastprofile können dadurch nur begrenzt beschleunigte Lebensdauerversuche darstellen. 

Die Optimierung der Profilparameter ist ein wichtiger Schritt für eine Stressmaximierung und damit die Testbeschleunigung. Die Detektion von Ausfällen, i.A. Risse, erwies sich ebenfalls als optimierungsbedürftig. In Messungen können sich elektromagnetische Störungen einkoppeln, was vor allem bei der Messung sehr kleiner Widerstände (im Milli-Ohm-Bereich) zu starkem Messrauschen führt.

Bei der Recherche sollen Möglichkeiten der Stressmaximierung und Detektionsmöglichkeiten für Lotkontaktrisse bei Schockbelastungen recherchiert werden. Als Ausgangspunkt für die Recherche kann die vorhandene wissenschaftliche Literatur genutzt werden.

Betreuer: DI Max Häusler

In den letzten Jahren ist die Nutzung von maschinellem Lernen (ML), so z. B. Neuronale Netze (NN), in technologischen Bereichen drastisch angestiegen. Datenverarbeitung, Generierung von Texten oder Bildern, Sprach- bzw. Gesichtserkennung und autonomes Fahren sind heutzutage hervorragende Beispiele der Nutzung von ML im allgemeinen Leben. Neben der Nutzung in Konsumgütern kann ML aber auch in der Forschung und Zuverlässigkeitsanalyse sehr gut eingesetzt werden.

In der Literatur gibt es verschiedene Veröffentlichungen zur Anwendung von ML in Zuverlässigkeitsanalysen elektronischer Bauelemente und Baugruppen, welche jedoch selten sind. Noch seltener ist die Verwendung von ML zur Vorhersage von zeitaufgelösten Dehnungsverläufen während thermomechanischen Beanspruchungen. Die Recherche dieses Themas soll jedoch die Hauptaufgabe in dieser Arbeit sein. Es sollen Fragen beantwortet werden, wie z. B. welche Art von ML verwendet wird, welche Modell-komplexität genutzt wird, welche Genauigkeiten erzielt werden und wie groß die verwendeten Trainingsdatensätze sind. 

Aufgaben:

1. Literaturrecherche zur Verwendung von ML in Zuverlässigkeitsanalysen elektronischer Bauelemente bzw. Baugruppen im Allgemeinen
2. Literaturrecherche zur Verwendung von ML speziell zu zeitaufgelösten Dehnungsverläufen unter thermomechanischen Beanspruchungen
3. Vergleich der Rechercheergebnisse mit Hinblick auf z. B. Art der ML, Modellkomplexität, erreichte Genauigkeiten und verwendeten Trainingsdatensätze
4. Zusammenfassung aller recherchierten Ergebnisse und Erarbeitung der schriftlichen Arbeit

Betreuer: DI Robert Höhne

Versuche unter Vibrationslast und/oder Schocklast sind ein wesentliches Mittel zur Untersuchung der Zuverlässigkeit einzelner Lotverbindungen bis hin zu ganzen Baugruppen der z.B. Automobil- oder Industrieelektronik. Für derartige Versuche werden elektromagnetische Schwingerreger eingesetzt. Eine Herausforderung besteht bei solchen Versuchen darin, das Schwingungsverhalten der z. T. massearmen Proben mittels geeigneter Sensorik zu erfassen, ohne die Proben selbst zu beeinflussen. Neben dem Schwingungsverhalten sind auch das Dehnungs- und Verformungsverhalten sowie die momentane räumliche Lage der Probe von Interesse. Darüber hinaus werden Sensoren für die Regelung der Schwingungserregung benötigt. Da vermehrt die Kombination mechanischer und thermischer Lasten von Interesse ist, muss die Sensorik zudem temperaturzyklenbeständig sein. Die Aufgabe besteht in der Recherche geeigneter, kommerziell verfügbarer Sensorlösungen und Messmethoden für die beschriebene Aufgabe. Als Grundlage dient bereits vorhandene Sensorik inklusive zugehöriger Messmethoden.

Betreuer: Dr.-Ing. Philip Knoch

Getrieben durch die Entwicklungen in den Bereichen der Elektromobilität und Energietechnik erhalten Leistungshalbleiter immer mehr Aufmerksamkeit. Als Vertreter der dritten Generation von Halbleitern finden Siliziumkarbid-basierte (SiC) Bauelemente ein immer breiteres Spektrum von Anwendungen. Allerdings ist deren Herstellungsprozess mittels epitaktischer Abscheidung aufwendig und damit teuer, so dass sich ein klassischer und mit hohem Materialverlust verbundener Sägeprozess nicht als Methode zur Waferherstellung eignet. Eine Alternative bietet sich durch sog. Wafer-Split-Prozesse. Um ein tieferes Verständnis für diese zu entwickeln, sollen numerische Simulationsmethoden zum Aufbau digitaler Zwillinge eingesetzt werden. In dieser Recherche soll aufgezeigt werden, ob mit heute verfügbaren und in Entwicklung befindlichen Simulationstechniken für diese Aufgabe taugliche digitale Zwillinge möglich sind bzw. wo heute deren Grenzen liegen. Besonderes Augenmerk ist dabei auf folgende Teilaspekte zu legen:

1. Literaturrecherche zur Wafer-Split-Prozessen für die SiC-Wafer-Herstellung
2. Literaturrecherche zu Digitalen Zwillingen und deren Einsatzmöglichkeiten zur Prozessanalyse
3. Diskussion der Einsatzmöglichkeit von Digitalen Zwillingen speziell für Wafer-Split-Verfahren
4. Dokumentation der Teilaufgaben 1 bis 3

Betreuer: DI Chengzhe Lyu

Elektronische Geräte sind im täglichen Leben weit verbreitet und werden immer kompakter. Die Zuverlässigkeit der Geräte steht schon immer im Mittelpunkt des Interesses. Eine häufig auftretende Ausfallursache in der Industrie und im Automobilbau ist die Entwicklung von Rissen und Brüchen an Lötstellen aufgrund thermischer und mechanischer Belastungen. Vor diesem Hintergrund spielt die Finite-Elemente-Methode (FEM) eine wichtige Rolle, um das Problem zu untersuchen. Da die FE-Modelle in der Regel sehr groß sind, vor allem, wenn sie nichtlineare Eigenschaften aufweisen, wird deren Berechnung sehr zeitaufwendig. Daher sind entsprechende, recheneffiziente Berechnungsmethoden ein heutiger Forschungsschwerpunkt. Schwerpunkt in der Arbeit ist die Superelement-Technik. Bei dieser wird eine Substruktur durch eine Superelement mit reduzierten Freiheitsgraden ersetzt und damit das Gesamtmodell vereinfacht. Besonderes Augenmerk liegt auf die Verwendung der Technik für nichtlineare Modelle. Teilaufgaben sind folgende:

1. Literaturrecherche zur Basis der FEM in Bezug auf Zuverlässigkeitsanalyse, insbesondere für Temperaturwechsel- und Vibrationsbelastungen
2. Literaturrecherche zu den Grundlagen von Superelementen
3. Einsatzmöglichkeit der Superelementen in nichtlinearen Finite Elemente Modellen
4. Diskussion und Dokumentation der Teilaufgaben 1 bis 3

Betreuer: DI Chengzhe Lyu

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 nichtmehr stabil. Silbersintern stellt hier eine bereits etabliert Verbindungstechnologie und eine vielversprechende Alternative zum Diffusionslöten dar. In den letzten Jahren zeigte sich sowohl in der Forschung als auch bei Pastenherstellern eine hohe Motivation für den Wechsel des Sintermaterials von Silber auf Kupfer. Gründe dafür sind zum einen Preis und Verfügbarkeit der Metalle und die potentielle Zuverlässigkeitserhöhung einer monometallischen Verbindung zwischen Bauelementen mit Kupfer-leead -frame und der Kupfermetallisierung auf dem Verdrahtungsträger. Momentan sind unterschiedliche Konzepte von Kupferpasten am Markt erhältlich. In der wissenschaftlichen Literatur gibt es noch weiter Konzepte. Die unterschiedliche Zusammensetzung und Morphologie der Pasten zeigen dabei erhebliche Auswirkungen auf die Prozessführung und die Eigenschaften der gebildeten Verbindungen. 

• Klassifizierung der kommerziell verfügbaren Pastensysteme nach Mikro- und Nanopartikelpasten

• Prozess- und Verbindungsunterschiede der verfügbaren Pasten

• Konzepte zur Optimierung der Pastenzusammensetzung mit Labormitteln anhand der Literatur

Als Ausgangspunkt für die Recherche kann die vorhandene wissenschaftliche Literatur, vorangegangene Qualifizierungsarbeiten am Lehrstuhl und die Datenblätter der kommerziell verfügbaren Pasten genutzt werden.

Betreuer: Dr.-Ing. Jörg Meyer

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 nichtmehr stabil. Silbersintern stellt hier eine bereits etabliert Verbindungstechnologie und eine vielversprechende Alternative zum Diffusionslöten dar. Parallel erweckt gerade im Bereich mobiler Anwendung auf Grund des starken Drucks zur Bauraumreduzierung und dem Schutz vor harschen Umwelteinflüssen das Einbetten von Bauelementen in Leiterplattenmaterialien großes Interesse. In der Leistungselektronik muss auch dabei die geforderte thermische Beständigkeit erhalten bleiben. 

Eine Kombination beider Ansätze hin zu eingebetteten Leistungsbauelementen mit gesinterten Hochtemperaturverbindungen scheint dabei vorteilhaft. Idealer Weise lässt sich die Sinterverbindung bereits bei der Lamination der Leiterplattenmaterialien erzeugen. 

• Recherche von wissenschaftlichen Publikationen zum Sinterlaminieren
• Überlegungen zu möglichen Prozessfenstern für die Verbindungsbildung unter Berücksichtigung organischer Verdrahtungsträger
• Recherche geeigneter zerstörungsfreier und zerstörender Prüfmethoden zur Bewertung der Qualität sowohl der metallischen als auch der organischen Verbindung

Betreuer: Dr.-Ing. Jörg Meyer

Aufgrund der eindeutigen Vorteile der optischen Datenübertragung ist die Integration der Optik in photonischen System wie z.B. Datenserver oder Hochleistungsrechnern ein aktueller Trend in der optischen Aufbau- und Verbindungstechnik.  Im Bereich der photonische Quantum Computing (QC) Systeme sind derzeit entweder Faser-basierte Lichtleitertechnologien oder auf der Freistrahloptik basierte Systeme typischerweise als Labormesssetups eingesetzt. Diese Aufgabenstellung soll die aktuelle Entwicklungen in Richtung einer stärkeren Integration der optischen Komponenten für die QC-Anwendung erörtern, um die mögliche Entwicklung von kompakten QC-Systeme darzustellen. Aus der Literatur soll der Stand der Technik für die Ansätze der Integration der Optik in photonischen Quantum-Computing-Systemen, insbesondere für die Anwendung der photonischen Quantum-Kommunikation ausgearbeitet werden. Folgende Aspekte sollen dabei recherchiert werden:

• Aufbau und Integrationstechnologien von photonischen integrierten Schaltungen (auf der Chip-Ebene) im QC-Bereich
• Stand-der-Technik zur Laser-/Lichtquellen sowie Photodetektoren für QC-Anwendungen mit besonderem Merkmal auf die Gestaltung der optische und elektrische Schnittstelle
• Optische Koppelstrategien und elektrische Kontaktierung für Aufbau von Packages und Systeme
• Ansätze für Integration von Optik auf höheren Verbindungsebenen für QC-Anwendungen (oberhalb von Chip-Ebene)

Betreuer: Dr.-Ing. Krzysztof Nieweglowski

Die Reduzierung von Elektronikmüll ist eine große Herausforderung in der Elektronikindustrie. Insbesondere die Entsorgung und das Recycling von Leiterplatten stellt aufgrund des komplexen Materialverbunds aus Glasfasermatten und Epoxidharz ein Problem dar.

Im Rahmen des Oberseminars sollen innovative Ansätze zur Herstellung von nachhaltigen und biologisch abbaubaren Leiterplatten aus nachwachsenden Rohstoffen recherchiert werden. Schwerpunkt der Recherche liegt auf biologischen abbaubaren Basismaterialien und Bindemitteln, die als Alternative zu herkömmlichen Materialien wie Glasfaser und Epoxidharz eingesetzt werden können.

Ziel der Arbeit ist es, diese Materialien zusammenzutragen, systematisch zu klassifizieren und hinsichtlich ihrer technischen Eigenschaften, Umweltverträglichkeit und Eignung für die Elektronikindustrie zu bewerten.

Als Ausgangspunkt können bereits bestehende Literatur und Hersteller von biologischen Materialien genutzt werden.

Betreuer: Dr.-Ing. Tobias Tiedje