Doktoranden- & Oberseminar Aufbau- und Verbindungstechnik

Ablauf des Oberseminars

  • Donnerstag, 18.10.18, 9.20 Uhr, BAR 218/U: Einführung durch Prof. Bock
  • 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 2019: Einschreiben in HISQIS (Beleg PN 91520 und Referat PN 91510).
  • Nach individueller Terminabsprache: 09:20 Uhr, BAR 218/U: Hinweise zur Einzelprüfung durch Prof. Bock, Abgabe des Belegs bis 31.1.19 (Download Vorlage) beim Betreuer, Terminfestlegung der Präsentation (4.2. bis 1.3.19).
  • Prüfungsperiode: individuelle Präsentation (Download Vorlage) der Ergebnisse im GLB 7-102 unter Anwesenheit des Betreuers und eines weiteren Beisitzers (Prof. Bock, Prof. Zerna, Hon.-Prof. Heuer oder Jun.-Prof. Panchenko). Bitte Vortragshinweise beachten. Notenbekanntgabe von Beleg und Vortrag.

Seminarthemen

18.10.2018
Einführung in das Oberseminar
Prof. Karlheinz Bock
Cu-Cu Bonden mit selbst-organisierenden Monolagen – Forschungsaufenthalt an der School of Engineering – The University of Tokyo, Japan
MSc. M. Lykova
Comparison of different types of plasma treatments for Au-Au surface activated bonding
M. Yamamoto (The University of Tokyo)

25.10.2018
3D additive Packages
Dipl.-Ing. S. Lüngen / Dipl.-Ing. T. Tiedje

1.11.2018
Vorstellung der Forschungsthemen der Juniorprofessur "Nanomaterials for Electronic Packaging"
Jun.-Prof. I. Panchenko

8.11.2018
Batteriesysteme für das elektrische Fahren
Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. h.c. K.-J. Wolter

15.11.2018
Diffusionslöten für temperaturbelastete Fügestellen in der Leistungselektronik
Dipl.-Ing. D. Feil, Robert Bosch GmbH

22.11.2018
Inkjet 3D Printing of Microsystems
Prof. R. Walczak, TU Wroclaw

29.11.2018
Messung von Verwindung und Wölbung während des Lötprozesses und ihre Auswirkungen auf die Qualität und Zuverlässigkeit
Dr.-Ing. habil. H. Wohlrabe

6.12.2018
10 Jahre Halbleiter-Scheduling - Übersicht und Erfahrungen
Dipl.-Math. D. Schloß

13.12.2018
PCB-Embedding
Dr.-Ing. M. Röllig

20.12.2018
Additive Herstellung von biokompatibler, flexibler und dehnbarer Elektronik
Dipl.-Ing. M. Schubert

10.01.2019
IAVT activities towards 5G - package developments & reliability
Dipl.-Ing. L. Wambera

17.01.2019
Inspektionsmöglichkeiten an den erneuerten Röntgenanlagen des IAVT/ZmP
Dr.-Ing. habil. M. Oppermann, MSc. O. Albrecht

24.01.2019
"Robustness Validation" von Automobilelektronik
Prof. Dr.-Ing. habil. h.c. K.-J. Wolter

31.01.2019
Materialien und Technologien der Bioelektronik
Dr.-Ing. habil. M. Varga

Aufgabenstellungen für das Oberseminar

Sie können aus den nachfolgenden Themen wählen.

Recherche zu 3D-Stereolithografiematerialien für die AVT

In Zeiten von immer größerer Vernetzung von Smartphones über autonome Fahrzeuge bis hin zu einer Vielzahl von elektronischer Identifikations- und Interaktionsmöglichkeiten entsteht ein Paradigmenwechsel von Einzelsystemen wie dem PC hin zu einer elektronischen Umwelt, dem Internet of Things. Nicht nur der Endanwender steht einer Vielzahl neuer Produkte gegenüber. Auch die Industrie muss neue Herausforderungen aufgrund der hohen Anzahl der Verbindungen und des steigenden Datendurchsatzes meistern. Dies zeigen die Entwicklungen neuer Kommunikationsstandards wie 5G. Derzeit gibt es 23 Mrd. vernetzte Geräte, die bis 2025 sich auf 75 Mrd. Stück mehr als verdreifachen.

Elektronikfertiger stehen vor neuen Herausforderungen, um einerseits die Produktvielfalt (Smarte Geräte, autonomes Fahren, Industrie 4.0) und andererseits die Anforderungen wie die Hochfrequenzübertragung und steigende Miniaturisierung zu realisieren. Durch die neue Komplexität steigen die Auftragskosten der zu fertigenden Produkte, was für kleinere und mittlere Unternehmen eine Einstiegshürde in den Markt bedeutet. Dadurch werden innovative Prozesse wie 3D-Herstellungsverfahren für die Aufbau- und Verbindungstechnik attraktiv. Am IAVT wurde daher ein Integrationsprozess mittels Stereolithografie entwickelt, um Bauelemente einzubetten und das Gehäuse frei formbar und adaptiv zu herzustellen.

Damit 3D-Materialien für die Aufbau- und Verbindungstechnik genutzt werden können, müssen Aspekte wie Temperaturbeständigkeit sowohl mechanisches als auch thermo-mechanisches Verhalten und elektrische Eigenschaften beachtet werden. Ziel der Arbeit ist die Recherche von Zusammensetzung und Herstellung für AVT-kompatible Materialien als auch deren Einstellung für die oben genannten Eigenschaften. Dadurch können additiv gefertigte 3D-Packages in Zukunft noch leistungsfähiger und zuverlässiger werden.

Betreuer: Dipl.-Ing. Sebastian Lüngen


Recherche von Glasloten für den hermetischen Verschluss von Keramikgehäusen und von Halbleiter-Mikrosystemen

Glaslote mit niedrigen Prozesstemperaturen werden werden zum thermischen Verbinden von Keramiken, Gläsern, Halbleitern oder Metallen verwendet. Um eine spannungsfreie Verlötung zu erzielen, müssen die Wärmeausdehnungskoeffizienten der Verbindungspartner möglichst gut aneinander angepasst werden. Der Auftrag der Lotgläser kann dabei durch Sieb- oder Schablonendruck, durch Dispensen oder als Formteil (pressed glass preforms) erfolgen. Ziel der Recherche ist eine Gegenüberstellung von Glasloten verschiedener Hersteller mit der Darstellung des Auftragsverfahrens, der Art des Glases, der Lottemperatur, der max. Einsatztemperatur und der thermischen Ausdehnung sowie weiterer funktioneller Parameter. Außerdem sollen typische Einsatzgebiete von Glasloten in der Aufbau- und Verbindungstechnik mit Anwendungsbeispielen dargestellt werden.

Betreuer: Dr.-Ing. Marco Luniak


Recherche zum Stand der Technik der Drahtbondtechnologie mit innovativen Drahtmaterialien

Die Drahtbondtechnologie ist die vorherrschende Verbindungstechnologie zur elektrischen Kontaktierung von integrierten Schaltkreisen auf Chipebene zur nächsthöheren Verdrahtungsebene. Gold-, Aluminium- und Kupferdrähte mit Durchmessern von 12,5 µm bis 33 µm kommen dabei standardmäßig zum Einsatz. Andere Materialien und auch beschichtete Drähte für spezielle Applikationen sind ebenfalls verfügbar. Prinzipiell erfolgt eine weitere technologische Unterscheidung in Ball-Wedge- und Wedge-Wedge-Bonden. Ab einem Drahtdurchmesser von 100 µm spricht man vom Dickdrahtbonden. 

Im Rahmen der Arbeit soll der Stand der Technik und der Forschung bzgl. des Drahtbondens aufgezeigt werden vor allem hinsichtlich des Einsatzes alternativer Drahtmaterialien. So ist bereits bekannt, dass (Palladium-)beschichtete Kupferdrähte immer weitere Anwendungsfelder erschließen. Die Ergebnisse sollen eine Abschätzung ermöglichen, welche Drahtmaterialien zukünftig eine übergeordnete Rolle einnehmen werden, aber auch welche Materialien für spezielle Anwendungen benötigt werden.

Betreuer: Dipl.-Ing. Daniel Ernst


Entwicklung einer Datenbankschnittstelle für das IBM ILOG CPLEX Optimization Studio 12.8

Unsere Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit der Ablaufplanung in der Halbleiterindustrie. Aufgrund der Komplexität und der damit verbundenen Variantenvielfalt bei dieser Problemstellung werden mathematische und informatische Ansätze zur Problemlösung genutzt. Diese Ansätze sind die Mixed Integer Programmierung (MIP) sowie die Constraint Programmierung (CP). Zur Lösung solcher MIP bzw. CP Probleme wird das IBM ILOG Cplex Optimization Studio verwendet. Dieses bietet in der aktuellsten Version keine native Schnittstelle mehr zu einer Datenbank. Bis zur Version 12.6.3 war eine solche Schnittstelle noch integriert aber aufgrund verschiedener Umstände anschließend von IBM wird diese in den neueren Versionen nicht mehr angeboten. Aufgrund der Komplexität der Daten ist eine Datenbankanbindung zur automatischen Modellgenerierung und –lösung notwendig.

Ziel dieser Arbeit ist es mittels einer Java- -Klasse eine Datenbankanbindung für verschiedene Datenbanken zu realisieren, welche in der Anwendung eine ähnliche Funktionalität bietet wie die bis zur Version 12.6.3 angebotene Schnittstelle. Diese Schnittstelle soll zum einen mittels ODBC funktionieren, aber auch Datenbanken wie z.B. Oracle oder Microsoft SQL direkt ansprechen können. Hierbei soll zum einen lesend wie auch schreibend auf die Datenbank zugegriffen werden können.

Betreuer: Dipl.-Math. Dirk Schloß


Chip-Package-Co-Design für zuverlässige Wafer-Level-Packages

Im Bereich der Automobilelektronik besteht ein andauernder Trend zusätzliche elektronische Funktionen zu integrieren und gleichzeitig den Platzbedarf für elektronische Komponenten zu reduzieren. Dabei werden zunehmend hohe thermische und mechanische Anforderungen an die Baugruppen gestellt. Um den Bedarf an höherer Funktionsintegration zu decken, werden neue Halbleitertechnologien und Packagingvarianten eingesetzt bzw. es wird versucht Lösungen, welche bereits in anderen Anwendungsfeldern erfolgreich eingesetzt werden, für automotive-Anwendungen weiterzuentwickeln.

Betrachtet man z. B. die thermischen Qualifikationsanforderungen, so müssen Konsumerlösungen Temperaturwechsel von -40°C bis 125°C bestehen während von automotive-Lösungen -50°C bis +155°C wird. Um diese Forderung zu erfüllen, werden beispielsweise für Konsumeranwendungen qualifizierte Flip-Chip- und Wafer-Level-Packages auf die verwendeten Materialien und Layouts überprüft und Anpassungen zur automotive-Qualifizierung vorgenommen.

In einer Recherche im Rahmen des Oberseminars Gerätetechnik sollen wissenschaftliche und technische Veröffentlichungen recherchiert werden, welche Ansätze für automotive-geeignete Packaging-Technologien bzw. deren Zuverlässigkeitsbewertung beinhalten. Aus der zusammengetragenen Literatur sollen die Lösungen mit dem größten Erfolgspotential bzgl. einer Qualifikation nach AEC-Standard identifiziert werden.

Betreuer: Dr.-Ing. Karsten Meier


Finite-Element-Analyse für die Entwicklung neuer Fanout-Wafer-Level-Packages

Die Entwicklung neuer und zuverlässiger Packages für integrierte Schaltkreise ist ohne die Unterstützung durch Simulationsmethoden nicht mehr umsetzbar. Dies gilt insbesondere für die hochintegrierten und komplex aufgebauten Fanout-Wafer-Level-Packages, welche zunehmend auch für Anwendungen mit erhöhten Umgebungsanforderungen – z. B. automotive – eingesetzt werden sollen. Simulationen werden für die Entwicklung der elektrischen Funktion und eines geeigneten thermo-mechanischen Verhaltens der Packages eingesetzt. Letztere Aufgabe soll hier im Fokus stehen.

Im Rahmen dieser Oberseminaraufgabe soll der aktuelle Stand eingesetzter Simulationsmethoden recherchiert und analysiert werden. Es ist zu erarbeiten, auf welcher Ebene (System- vs. Board- vs. Packagemodelle) mit welchen Techniken (z. B. Submodelling) und welchen Eingangsdaten (u. a. Materialbeschreibungen) gearbeitet wird. Weiterhin sind wesentliche Erkenntnisse der recherchierten Untersuchungen zusammenzustellen.

Für die Recherche im Rahmen des Oberseminars Gerätetechnik sollen wissenschaftliche und technische Veröffentlichungen berücksichtigt werden, welche Darstellungen bzw. Ansätze zu Finite Element Analysen im Zusammenhang der Entwicklung oder Charakteriserung von Fanout-Wafer-Level-Packages beinhalten. Aus der zusammengetragenen Literatur sollen die Lösungen mit dem größten Erfolgspotential bzgl. einer realistischen Einschätzung des Package-Verhaltens identifiziert werden.

Betreuer: Dr.-Ing. Karsten Meier


Recherche zur Herstellung von großvolumigen Probekörpern bestehend aus einzelner intermetallischer Phase zur gezielten Untersuchung ihrer Eigenschaften

Das autonome Fahren stellt neue Herausforderungen an die Materialien für die Aufbau- und Verbindungstechnik, welche in den zukünftigen Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. So müssen die Verbindungsstellen auch bei hohen Temperaturen (bis zu 200 °C) zuverlässig funktionieren. Da die konventionellen bleifreien Lote (Sn-Ag-Cu) bei diesen Bedingungen nicht mehr einsatzfähig sind, spielen Kontakte aus intermetallischen Phasen eine zunehmend größere Rolle. Die intermetallischen Phasen Cu6Sn5 und Cu3Sn bleiben bis ca. 400 °C stabil. Das Materialverständnis solcher Kontakte ist für deren Einsatz in der Produktion von enormer Bedeutung. Um die speziellen Materialdaten für die intermetallischen Phasen (besonders bei hohen Temperaturen) experimentell zu ermitteln, werden zunächst große Probenvolumina von reinen intermetallischen Phasen (kein Phasengemisch) gebraucht. In dieser Studie soll recherchiert werden, welche Methoden sich am besten dazu eignen, um solche Probekörper herzustellen. Als Ausgangspunkt können bereits existierte Forschungsergebnisse aus der Arbeitsgruppe genutzt werden.

Betreuer: Jun.-Prof. Dr.-Ing. Iuliana Panchenko


Themo-mechanisches Verhalten von Fanout-Packages

Bei der Entwicklung neuer integrierter elektronischer Systeme werden vermehrt Fanout-Packages eingesetzt. Dieser Trend der Mikroelektronik zielt auf die heterogene Systemintegration multifunktionaler Systeme ab. Dies umfasst die Einbettung von mehreren Chips und passiven Bauelemente in einem Package. Mehrere solche Module können anschließend in Package-on-Package (PoP) Fertigungstechnologie übereinander angeordnet werden.

Um die Produktivität zu steigern und die Kosten zu verringern werden von der Industrie Ansätze des Wafer- oder Panel-Level-Packaging verfolgt. Dabei wird ein Formpress-Verfahren (engl. compression molding) für das flächige Einbetten von Chips genutzt. Neben technischen Herausforderungen die mit dem Umgang mit großen Wafer bzw. Panel einhergehen ist das Verbiegungsverhalten (engl. warpage) kritisch zu betrachten. Mit größeren Wafer- bzw. Panel Abmaß nimmt die Verwölbung zu. Die vereinzelten Module weisen daher eine Grundverwölbung auf, welche sich aufgrund von Temperatureinwirkung während der Montage und im Feldeinsatz ändert.

Im Rahmen dieser Oberseminaraufgabe soll der aktuelle Stand zu Zuverlässigkeitsuntersuchungen an Fanout-Packages recherchiert werden. Es ist zu erarbeiten, welche Verfahren zur beschleunigten Alterung eingesetzt werden und welche Analysemethoden angewendet werden. Für die Recherche im Rahmen des Oberseminars Gerätetechnik sollen wissenschaftliche und technische Publikationen berücksichtigt werden, welche Untersuchungen zur Zuverlässigkeit, insbesondere nach thermo-mechanischer Belastung, beinhalten. Besonderes Augenmerk ist bei der Recherche auf das Verbiegungsverhalten von Fanout-Packages zu legen. Aus der zusammengetragenen Literatur sollen die Belastungsarten und Analysemethoden bzgl. einer detaillierten Einschätzung des Package-Verhaltens aufgezeigt werden.

Betreuer: Dipl.-Ing. Laura Wambera


Recherche zum Stand der Technik für miniaturisierte pneumatische und fluidische Ventile für telemedizinische Anwendungen

In Deutschland steigt die Nachfrage nach Gesundheitsdienstleistungen schneller als die Kapazitäten der Leistungserbringer. So lassen geografische Ungleichverteilungen einen relativen Mangel an Ärzten, Pflegekräften und Therapeuten entstehen. Durch eine enge Vernetzung zentraler und dezentraler Gesundheitseinrichtungen (Telemetrie) sowie den Einsatz innovativer Technologien (Telemedizin) sollen diese Herausforderungen bewältigt werden. Telemedizin beschreibt hierbei die Interaktion zwischen Patienten und Behandelnden bei einer räumlichen und zeitlichen Diskrepanz der Beteiligten. Hierbei werden vermehrt mobile, am Patienten tragbare Geräte, die Telemonitoring und die Messung von Vitalfunktionen ermöglichen, sowie Aktorsysteme eingesetzt. Eine große Rolle spielen dabei auch pneumatische und fluidische Systeme mit Ventilen als wichtiges Bauteil.

Im Rahmen des Oberseminars Gerätetechnik sollen der Stand der Technik und am Markt verfügbare Ventile recherchiert, systematisiert und anhand ausgewählter technischer Eigenschaften, mit besonderem Augenmerk auf die Eignung für die Telemedizin, verglichen werden.

Betreuer: Dr.-Ing. Michael Schaulin