Aufgabenstellungen für Studienarbeiten

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

Weiterentwicklung eines UV-Lithografieprozesses zur Herstellung monomodiger Lichtwellenleiter
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Aufgabenstellung für eine Studienarbeit
Weiterentwicklung eines UV-Lithografieprozesses zur Herstellung monomodiger Lichtwellenleiter
Zielstellung
Schematischer Aufbau der optischen Umverdrahtungslage mit dreilagigem Wellenleiteraufbau mittels UV-Lithographie und Mikrospiegeln mittels 2PP-DLW
REM-Aufnahme eines Lichtwellenleiterkerns mit quadratischem Querschnitt und rauen Seitenflanken
Strahlformmessung der monomodigen Wellenleiterkerne
REM-Aufnahme einer Flanke im Wellenleiterstapel

Für Hochleistungsrechner und integrierte Photonik bedarf es optischer Signalübertragung auf Interposerebene. Am IAVT wird hierzu eine monomodige, polymere Umverdrahtungslage gemäß Abb. 1 entwickelt. Diese basiert auf einem hybridlithografischen Ansatz, bei dem die planaren, dreilagigen Wellenleiter mittels UV-Lithografie hergestellt werden. Anschließend wird das 2-Photonenpolymeriations Laserdirektschreiben (2PP-DLW) zur Strukturierung von Mikrospiegeln für die vertikale Kopplung verwendet.

Am IAVT konnten bereits Wellenleiter mit quadratischem Querschnitt (Abb. 2) und Öffnungen für die Kantenkopplung zu Fasern und Spiegelelementen (Abb. 4) strukturiert werden. In beiden Fällen sind raue Flanken zu beobachten, die einen erheblichen Dämpfungsbelag verursachen.  Dies sollte im Laufe der Arbeit in folgenden Schritten näher untersucht werden:

Teilaufgaben
  • Literatur- und Patenrecherche zu monomodigen optischen Wellenleitern
  • Einarbeitung in den bestehenden Prozess zur fotolithografischen Lichtwellenleiterherstellung
  • Prozessentwicklung für Öffnungen im gesamten WG-Stack mit senkrechten Flanken
  • Untersuchung des Einflusses der Flankenrauheit auf die optische Dämpfung, Koppelverluste und Strahlqualität (Abb. 3)
  • Identifizierung und Verbesserung von Einflussfaktoren auf Flankenrauheit und Dämpfung
Hochschullehrer

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

Betreuer
Dipl.-Ing.
David Weyers
Tel.:
(0351) 463 43768
Bearbeitungsbeginn
ab sofort
Enhancement of UV-lithography for single mode optical waveguides
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Task for a Project Work
Enhancement of UV-lithography for single mode optical waveguides
Goal
Schematic of polymeric redistribution layer (RDL) with vertical coupling micro-mirrors made with hybrid lithography approach connected to a PPU with integrated WGs and FGCs
SEM-image of waveguide core with square cross section and rough sidewalls
Beam shape characterization
SEM-image of facet structured in full-stack

Solutions for optical signal transmission on interposer level are needed for high performance computing (HPC) and integrated photonics applications. Therefore, IAVT is developing a single mode, polymeric re-distribution layer (RDL) according to fig. 1. This is based on a hybrid lithography process, first a 3-layer stack-up forming planar waveguides is structured using UV-lithography.  ThiOut of plane coupling is then added by micro-mirrors, structured with 2-photon-printing direct-laser-writing (2PP-DLW).

Structuring of square waveguide cores (fig. 2) und openings for edge coupling to fiber and micro-mirrors (fig. 4) is state of the art at IAVT. In both cases sidewalls are rough, causing significant attenuation.  This should be addressed within the thesis in following steps:

Subtasks
  • Literature review on single mode polymeric waveguides
  • Familiarization with existing UV-lithography process
  • Enhancement for opening in full stack with perpendicular sidewalls unte
  • Measurement of side wall roughness and impact on attenuation, coupling loss and beam quality (fig. 3)
  • Identify and improve process parameters with impact on roughness and attenuation
Professor

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

Supervisor
Dipl.-Ing.
David Weyers
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(0351) 463 43768
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immediately
Weiterentwicklung eines Zweiphotonenabsorptionsprozesses zur Herstellung von Mikrospiegeln
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Aufgabenstellung für eine Studienarbeit
Weiterentwicklung eines Zweiphotonenabsorptionsprozesses zur Herstellung von Mikrospiegeln
Zielstellung
Schematischer Aufbau der optischen Umverdrahtungslage mit dreilagigem Wellenleiteraufbau mittels UV-Lithographie und Mikrospiegeln mittels 2PP-DLW
REM-Aufnahme eines positiven Mikrospiegels in OrmoCore mittels 2PP-DLW

Für Hochleistungsrechner und integrierte Photonik bedarf es optischer Signalübertragung auf Interposerebene. Am IAVT wird hierzu eine monomodige, polymere Umverdrahtungslage gemäß Abb. 1 entwickelt. Diese basiert auf einem hybridlithografischen Ansatz, bei dem die planaren, dreilagigen Wellenleiter mittels UV-Lithografie hergestellt werden. Anschließend wird 2-Photonenpolymeriations Laserdirektschreiben (2PP-DLW) zur Strukturierung von Mikrospiegeln für die vertikale Kopplung verwendet. Mit diesem Verfahren können arbiträre 3D-Strukturen in sub-µm Auflösung geschrieben werden.

Am IAVT konnten bereits Mikrospiegel in den Wellenleitermaterialien strukturiert werden. Im Laufe der Arbeit sollen diese in folgenden Schritten an den UV-lithografischen Wellenleiterstapel angebunden und weiter verbessert werden:

Teilaufgaben
  • Literatur- und Patenrecherche zu Koppelansätzen und -elementen in der optischen AVT
  • Einarbeitung in den 2PP-DLW Prozess für Mikrospiegel
  • Integration der Mikrospiegel auf vorstrukturierten Substraten mit Wellenleitern
  • Messung und Verringerung der Koppelverluste
  • Automatisierung der Spiegelausrichtung
  • Messung und Verbesserung der Ausrichtungsgenauigkeit
Hochschullehrer

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

Betreuer
Dipl.-Ing.
David Weyers
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(0351) 463 43768
Bearbeitungsbeginn
ab sofort
Enhancement of 2-proton-polymerization direct-laser-writing process for structuring of micro-mirrors
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Task for a Project Work
Enhancement of 2-proton-polymerization direct-laser-writing process for structuring of micro-mirrors
Goal
Schematic of polymeric redistribution layer (RDL) with vertical coupling micro-mirrors made with hybrid lithography approach connected to a PPU with integrated WGs and FGCs
SEM-image of positive micro-mirror in OrmoCore via 2PP-DLW

Solutions for optical signal transmission on interposer level are needed for high performance computing (HPC) and integrated photonics applications. Therefore, IAVT is developing a single mode, polymeric re-distribution layer (RDL) according to fig. 1. This is based on a hybrid lithography process, first a 3-layer stack-up forming planar waveguides is structured using UV-lithography.  ThiOut of plane coupling is then added by micro-mirrors, structured with 2-photon-printing direct-laser-writing (2PP-DLW). This process allows for arbitrary 3D-structures with sub-µm resolution.

In previous works promising results with 2PP-DLW in waveguide materials were achieved (fig.2).   In this thesis integration with the UV-lithographic waveguide stack should be reached and improved.

Subtasks
  • Literature review on approaches and elements for single mode coupling
  • Familiarization with 2PP-DLW process for micro-mirrors
  • Integration of micro-mirrors with UV-lithographic waveguide stack
  • Measurement and reduction of coupling losses
  • Automatization of mirror alignment
  • Measurement and reduction of overlayer accuracy
Professor

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

Supervisor
Dipl.-Ing.
David Weyers
Tel.:
(0351) 463 43768
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immediately
Messplatzaufbau und -automatisierung für planare Wellenleiter
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Aufgabenstellung für eine Studienarbeit
Messplatzaufbau und -automatisierung für planare Wellenleiter
Zielstellung
Schematischer Aufbau der optischen Umverdrahtungslage mit dreilagigem Wellenleiteraufbau mittels UV-Lithographie und Mikrospiegeln mittels 2PP-DLW
Schematische Darstellung eines typischen Messaufbaus mit (1) DUT; (2) einkoppelnde, monomodige Faser (3) auskoppelnde Faser; (4) Mikroskopkamera

Für Hochleistungsrechner und integrierte Photonik bedarf es optischer Signalübertragung auf Interposerebene. Am IAVT wird hierzu eine monomodige, polymere Umverdrahtungslage gemäß Abb. 1 entwickelt. Diese basiert auf einem hybridlithografischen Ansatz, bei dem die planaren, dreilagigen Wellenleiter mittels UV-Lithografie hergestellt werden. Anschließend wird 2-Photonenpolymeriations Laserdirektschreiben (2PP-DLW) zur Strukturierung von Mikrospiegeln für die vertikale Kopplung verwendet. Zur Verifizierung müssen Kopplungs-, Dämpfungs- sowie Datenübertragungsmessungen an der Umverdrahtungslage durchgeführt werden, indem Licht mit Glasfasern gemäß Abb. 2 durchgekoppelt wird. Um statistisch belastbare Ergebnisse zu erzielen, müssen sowohl die Ausrichtung der Fasern als auch die Vermessung mehrerer Wellenleiter automatisiert erfolgen. Im Laufe der Arbeit soll mit vorhandenen Manipulatoren ein Messplatz aufgebaut und der Automatisierungsgrad so weit erhöht werden, dass schlussendlich nur noch das Einlegen der Probe und eine initiale Ausrichtung manuell erfolgt.

Teilaufgaben
  • Literaturrecherche zur Kopplung in der optischen AVT
  • Aufbau eines Messplatzes für die Vermessung von planaren Wellenleitern
  • Automatisierung der Messroutine für Substrate mit einer Vielzahl von Wellenleitern
  • Implementierung und Vergleich verschiedener Messroutinen (Diskret, Kontinuierlich, Linienscan, iterative Maximumsuche)
  • Quantifizierung und Verbesserung der Messunsicherheit
Hochschullehrer

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

Betreuer
Dipl.-Ing.
David Weyers
Tel.:
(0351) 463 43768
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ab sofort
Setup development and automation for measurement of planar single mode waveguides
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Task for a Project Work
Setup development and automation for measurement of planar single mode waveguides
Goal
Schematic of polymeric redistribution layer (RDL) with vertical coupling micro-mirrors made with hybrid lithography approach connected to a PPU with integrated WGs and FGCs
Schematic of typical measurement setup with (1) DUT; (2) incoupling single mode fiber (3); outcoupling fiber; (4) microscope camera

Solutions for optical signal transmission on interposer level are needed for  high performance computing (HPC) and integrated photonics applications. Therefore, IAVT is developing a single mode, polymeric re-distribution layer (RDL) according to fig. 1. This is based on a hybrid lithography process, first a 3-layer stack-up forming planar waveguides is structured using UV-lithography.  ThiOut of plane coupling is then added by micro-mirrors, structured with 2-photon-printing direct-laser-writing (2PP-DLW). For verification measurement of coupling losses, attenuation and  data transmission properties are necessary. A fiber to device under test (DUT) to fiber scenario according to fig. 2 is needed. For statistically robust results, both fiber alignment and measurement of multiple waveguides have to be automized. During this thesis a measurement setup based on existing manipulator shall be designed and grade of automation shall be increased. In the end only sample placement and initial alignment should be manual.

Subtasks
  • Literature review on coupling in optical packaging
  • Design of measurement setup for planar single mode waveguide
  • Automation for multiple waveguides
  • Implementation and comparison of various routines (discrete, continuous, grid scan, iterative maximum search)
  • Quantification and improvement of uncertaincy
Professor

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

Supervisor
Dipl.-Ing.
David Weyers
Tel.:
(0351) 463 43768
Start date
immediately
Zuverlässigkeitsanalyse von FC-Lotkontakten unter isothermer Vibrationsbelastung
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Aufgabenstellung für eine Studienarbeit
Zuverlässigkeitsanalyse von FC-Lotkontakten unter isothermer Vibrationsbelastung
Zielstellung

Im Mittelpunkt der Studienarbeit steht die Untersuchung der Zuverlässigkeit von FC-Lotkontakten unter Vibrationsbelastung und Variation der Lotlegierung und Vibrationsamplitude sowie der Nutzung von Underfill. Aus den Ergebnissen soll erkenntlich werden, welche Lastzyklen bis zum Ausfall erreicht werden können, basierend auf der Amplitudenwahl und des Vorhandenseins von Underfill zur mechanisch Stabilisierung. Es soll dabei auch beobachtet werden, ob es zu Veränderungen in den Schädigungsmechanismen kommt. Zu diesem Zweck sind geeignete Probekörper aufzubauen und in auslenkungsgesteuerten Vibrationsversuchen bei Raumtemperatur zu belasten. Die Analyse der Ausfallmechanismen ist mit mikroanalytischen Methoden zu bearbeiten. Die Auswertung der Ergebnisse soll die Datenlage und das Verständnis über das Ausfallverhalten von Lotkontakten unter Vibrationsbelastungen erweitern.

Teilaufgaben
  • Literaturrecherche zur Zuverlässigkeit und Ausfallverhalten von FC-Lotkontakten mit Fokus auf Vibrationsbelastungen
  • Aufbau von FC-Probekörpern für Vibrationsversuche unter Variation des Vorhandenseins von Underfill
  • Durchführung von Vibrationsexperimenten unter Kontrolle einer konstanten Probekörperauslenkung bei Raumtemperatur
  • Bewertung der Ergebnisse aus den Experimenten und Ableitung von Aussagen zum Ausfallverhalten
  • Dokumentation der Teilaufgaben 1 bis 4 inkl. der erfassten Ergebnisse sowie deren Analyse und Diskussion
Hochschullehrer

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

Betreuer
Dipl.-Ing.
Robert Höhne
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(0351) 463 42510
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ab sofort
Laserstrukturierung ultradünner Glassubstrate für die Elektronik
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Aufgabenstellung für eine Studienarbeit
Laserstrukturierung ultradünner Glassubstrate für die Elektronik
Zielstellung
REM-Ansicht der Bruchkannte eines UTG-Substrats mit laserstrukturierter Oberfläche

Ultradünne Glassubstrate (UTG, ultra thin glass) haben aufgrund ihrer hohen Temperaturbeständigkeit und guter chemischer Beständigkeit ein hohes Potenzial für die Verwendung, als Substratmaterialien in Sonderanwendungen der Elektronik.

Die Laserstrukturierung ist mechanischen, chemischen oder elektrostatisch basierten Bearbeitungsmethoden (zum Ritzen, Brechen, Bohren, Ätzen oder Sägen (bei optimaler Prozessführung)) überlegen. Die Laserstrukturierung eröffnet die Möglichkeit Freiformen zu schneiden, Vias mit hohem Aspektverhältnis herzustellen und beispielsweise Kavitäten zu erzeugen. Die Zielstellung der Arbeit, besteht in einer Weiterentwicklung der Methode der Laserstrukturierung für UTG basierend auf bereits durchgeführten Vorversuchen. Auf Basis der bisherigen Versuche und einer auszuführenden Literaturrecherche soll ein Versuchsplan definiert und umgesetzt werden. Die bearbeiteten Proben sollen mikroanalytisch, z. B. anhand von REM-Aufnahmen, untersucht sowie auf ihre mechanische Belastbarkeit, z. B. durch 3-Punkt-Biegeversuche, charakterisiert werden.

Teilaufgaben
  • Literaturrecherche zu Prozessen und Technologien für UTG für die Elektronik
  • Einarbeitung in die Laserstrukturierung
  • Erarbeitung eines Versuchsplanes für die Laserstrukturierung
  • Mikroanalytische Bewertung der erreichten Ergebnisse und Charakterisierung der mechanischen Belastbarkeit
  • Diskussion und Dokumentation der Ergebnisse
Hochschullehrer

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

Betreuer
Dipl.-Ing.
Philip Knoch
Tel.:
(0351) 463 43772
Bearbeitungsbeginn
ab sofort
Elektrische Kontaktierung auf ultradünnen Glassubstraten für Hochtemperaturanwendungen
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Aufgabenstellung für eine Studienarbeit
Elektrische Kontaktierung auf ultradünnen Glassubstraten für Hochtemperaturanwendungen
Zielstellung
Ag-Sinterverbindung zwischen Pt-Draht und Anschlussfläche auf einem UTG-Substrat (links) und Al-Drahtbondverbindung auf hochtemperaturfähiger Al2O3-Keramik (rechts)

Die Verwendung von ultradünnen Glassubstraten (UTG) für elektronische Systeme hat aufgrund der hohen Temperaturstabilität von UTG ein hohes Entwicklungspotenzial. UTG können für Einsatztemperaturen von bis zu 450 °C und chemisch aggresiven Medien verwendet werden. Darüber hinaus ist eine R2R-Verarbeitbarkeit möglich.

Um UTG jedoch zuverlässig als Schaltungsträger oder sensorisches Element einzusetzen, ist eine widerstandsfähige und langlebige elektrische Kontaktierung erforderlich. Die Zielstellung dieser Arbeit besteht darin, ausgehend von bereits erzielten Ergebnissen an Sinter- und Drahtbondverbindungen, zunächst verschiedene Methoden der elektrischen Kontaktierung zu recherchieren und vergleichend zu bewerten. Im Anschluss sollen ausgewählte Varianten im Laborversuch umgesetzt und geprüft werden.

Teilaufgaben
  • Literaturrecherche zu Technologien für die elektrische Kontaktierung für Hochtemperaturanwendungen
  • Entwicklung und Herstellung geeigneter Probekörper zur Herstellung von elektrischen Verbindungen und Durchführung von Zuverlässigkeitstests
  • Durchführung und Auswertung der Versuche
  • Vergleichende Bewertung der Ergebnisse und Dokumentation
Hochschullehrer

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

Betreuer
Dipl.-Ing.
Philip Knoch
Tel.:
(0351) 463 43772
Bearbeitungsbeginn
ab sofort
Anpassung der Steuerungssoftware einer automatischen Bestückanlage
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Aufgabenstellung für eine Studienarbeit
Anpassung der Steuerungssoftware einer automatischen Bestückanlage
Zielstellung

Am Institut ist ein bestehender Flip-Chip-Automat zur präzisen Bestückung von elektronischen Bauteilen vorhanden. Solche Bauteile werden üblicherweise mit angepasster Kraft, Temperatur und/oder Ultraschall bestückt und gefügt.

Zur weiteren Optimierung der Prozesse soll die Steuerungssoftware derart angepasst werden, dass eine Profilierung und Protokollierung der genannten Prozessparameter möglich ist. Das bedeutet, dass zum Beispiel verschiedene Kraft- oder Temperaturrampen während des Prozesses beaufschlagt werden können und deren Einhaltung auch dokumentiert wird.

Die vorhandene Steuerungssoftware ist offengelegt und eine Unterstützung durch den Maschinenhersteller bei der Implementierung der eigenen Algorithmen ist gegeben.

Teilaufgaben
  • Literatur- und Patentrecherche zu Technologien für Chipbestückung.
  • Einarbeitung in die allgemeinen Funktionen und Möglichkeiten des Bestückautomaten und der Maschinensoftware.
  • Definition der Prozessanforderung und Erarbeiten eines Lastenheftes.
  • Anpassen und Erproben der Software.
  • Bewertung der Ergebnisse und Verbesserungsvorschläge für das Gesamtkonzept.
Hochschullehrer

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

Betreuer
Dipl.-Ing.
Daniel Ernst
Tel.:
(0351) 463 36941
Bearbeitungsbeginn
ab sofort
Untersuchung des Materialverhaltens polymerer Werkstoffe für den Einsatz in elektronischen Systemen
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Aufgabenstellung für eine Studienarbeit
Untersuchung des Materialverhaltens polymerer Werkstoffe für den Einsatz in elektronischen Systemen
Zielstellung
Messgerät, typische Probe und Messergebnis einer DMA-Analyse

Moderne elektronische Systeme werden in einer Vielzahl unterschiedlichster Anwendungen eingesetzt und sind dabei zum Teil sehr starken mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt. Dennoch erwartet der Anwender eine hohe Zuverlässigkeit und Lebensdauer. Um diese zu gewährleisten, muss bei der Entwicklung der Elektroniksysteme das thermo-mechanische Verhalten der eingesetzten Werkstoffe genau bekannt sein. Zum Einen, um Anhand von werkstoffbezogenen Kenngrößen eine Materialauswahl treffen zu können und zum Anderen, um einen optimalen Systementwurf mit Hilfe von z. B. Finiten-Element-Simulationen zu erarbeiten. Nach dem aktuellen Stand wird für polymere Werkstoffe ein zwar temperaturabhängiges, aber nur lineares mechanisches Verhalten berücksichtigt. Es ist jedoch bekannt, dass bei größeren Verformungen ein nichtlineares mechanisches Verhalten auftreten kann. In dieser Arbeit soll daher untersucht werden, welche vorhandene Charakterisierungsmethode eingesetzt werden sollte, um dieses Verhalten zu erfassen, wie man das erfasste Verhalten in FEM-Simulationen überträgt und welche Verbesserungen bei der Berechnung zu erzielen sind. Zu beachten ist, dass heutzutage Polymere mit und ohne Füll- bzw. Verstärkungspartikeln usw. eingesetzt werden und dass die Verarbeitungsbedingungen (u. a. Aushärtetemperatur) einen signifikanten Einfluss auf das Verformungsverhalten der Polymere ausüben.

Teilaufgaben
  • Recherche zum Stand der Technik und Forschung zur messtechnischen Erfassung des linearen und nichtlinearen mechanischen Verhaltens von Polymeren in der Elektronik
  • Entwicklung von Messkonzepten für die Erfassung des nichtlinearen Materialverhaltens
  • Entwurf, Herstellung und Qualitätsprüfung von Proben für die mechanische Charakterisierung an einem ausgewählten polymeren Werkstoff (z. B. FR4)
  • Durchführung und Auswertung von Messungen zur Bestimmung des Werkstoffverhaltens
  • Prüfung der Überführung der Messergebnisse in Materialmodelle für die FEM
  • Diskussion und Dokumentation der erreichten Ergebnisse
Hochschullehrer

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

Betreuer
Dr.-Ing.
Karsten Meier
Tel.:
(0351) 463 36594
Bearbeitungsbeginn
ab sofort
Prozessentwicklung für die Herstellung von Through-Mold-Vias für den Aufbau von System-in-Package-Modulen
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Aufgabenstellung für eine Studienarbeit
Prozessentwicklung für die Herstellung von Through-Mold-Vias für den Aufbau von System-in-Package-Modulen
Zielstellung
Visualisierung eines SiP-Moduls mit Through-Mold-Vias

Die voranschreitende Miniaturisierung und Funktionsintegration hat in der zur Entwicklung der Package-Technologie „System-in-Package“ geführt. Bei dieser werden sowohl aktive als auch passive Bauelemente in einem Package integriert. Eine mögliche Aufbauform ist die Variante Package-on-Package, bei der mindestens zwei Module aufeinander montiert werden. Dies erfordert die Erzeugung von Durchkontaktierungen durch Vergussmassen hindurch. Dafür sind verschiedene Lösungswege zur technologischen Umsetzung vorstellbar.

Zielstellung dieser Studienarbeit soll daher zunächst die theoretische Gegenüberstellung der technologischen Möglichkeiten zur Umsetzung einer elektrischen Verbindung durch eine Vergussmasse hindurch sein. Nach Auswahl einer bevorzugten Lösungsvariante ist eine Prozessentwicklung durchzuführen. Diese muss die folgenden Prozessschritte umfassen: Erzeugen einer durchgehenden Öffnung, Abscheiden einer durchgehend elektrisch leitfähigen Schicht, gegebenenfalls vollständiges Füllen der Öffnung sowie Anbindung der Durchkontaktierung an beidseitig vorhandene Leiter- bzw. Kontaktstrukturen. Nach erfolgreicher Erzeugung von Durchkontaktierungen ist deren elektrische Leitfähigkeit nachzuweisen.

Teilaufgaben
  • Recherche, Bewertung und Auswahl von Technologien zur Erzeugung von Through-Mold-Vias (TMV)im Zusammenhang mit SiP-Packages
  • Entwicklung eines TMV-Prozesses inkl. der Bestimmung von Prozessfenstern
  • Erzeugung von TMV anhand des entwickelten Prozesses
  • Nachweis der elektrischen Funktion der erzeugten TMV
  • Diskussion und Dokumentation der erreichten Ergebnisse
Hochschullehrer

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

Betreuer
Dr.-Ing.
Karsten Meier
Tel.:
(0351) 463 36594
Bearbeitungsbeginn
ab sofort
Zuverlässigkeit von Fanout-Packages bei der Anwendung im Automobilbereich
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Aufgabenstellung für eine Studienarbeit
Zuverlässigkeit von Fanout-Packages bei der Anwendung im Automobilbereich
Zielstellung
Schnittdarstellung eines Package-on-Package bestehend aus drei Modulen

Bei der Entwicklung neuer integrierter elektronischer Systeme werden vermehrt Fanout (FO) Packages für 5G- und Radaranwendungen im Automobilbereich eingesetzt. Mehrere Module können hierbei als Package-on-Package (PoP) Fertigungstechnologie übereinander angeordnet werden. Für den Einsatz im Automobilbereich ist die Zuverlässigkeit der FO-Packages besonders bedeutsam. Bei Neuentwicklungen ist es daher erforderlich die einzelnen Teilsysteme und das Gesamtsystem vorzeitig so zu gestalten und auszulegen, dass diese den rauen Zuverlässigkeitsanforderungen im Automobilbereich genügen.

Die Zielstellung der Arbeit soll sein, Empfehlungen für die Neuentwicklung von FO-Packages für PoP-Anwendungen zu erarbeiten. Dazu sind geeignete Probekörper basierend auf der FO-Technologie zu entwickeln und herzustellen. In beschleunigten Alterungstests soll das Verhalten der FO-Probekörper unter verschiedenen Belastungsszenarien analysiert werden.

Teilaufgaben
  • Literaturrecherche zu FO-Packages und -Verbindungstechnologien, sowie zu deren Zuverlässigkeit.
  • Entwicklung eines Konzeptes für die Herstellung geeigneter Probekörper zur Verbindungstechnologie, Planung der Experimente und Bewertungsmethoden.
  • Herstellung der Proben und Durchführung der Versuche.
  • Auswertung der Versuche und Bewertung der Ergebnisse.
  • Dokumentation der Ergebnisse und Diskussion im Kontext der Literaturrecherche.
Hochschullehrer

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

Betreuer
Dr.-Ing.
Karsten Meier
Tel.:
(0351) 463 36594
Bearbeitungsbeginn
ab sofort
Entwicklung eines Online-Messsystems für kombinierte Vibrations- und Temperaturexperimente
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Aufgabenstellung für eine Studienarbeit
Entwicklung eines Online-Messsystems für kombinierte Vibrations- und Temperaturexperimente
Zielstellung
Testaufbau für Vibrationsversuche bei veränderlichen Temperaturen

Die Zuverlässigkeit elektronischer Baugruppen unter kombinierten mechanischen und thermischen Belastungen ist besonders für Automotive-Anwendungen bedeutsam. Aktuell werden dazu Untersuchungen durchgeführt, welche jedoch nur mit starren Randbedingungen umgesetzt werden. Dies lässt eine detaillierte Bestimmung von Schädigungsabläufen nur begrenzt zu. Um diese Situation zu verbessern sind Messmöglichkeiten erforderlich, welche eine online-Überwachung der Probekörper ermöglichen. Zunächst scheinen dafür elektrische Messungen geeignet, da diese zerstörungsfrei und flexibel gegenüber der konstruktiven und thermischen Ausführung des Experiments sind. Zielstellung der Arbeit ist daher die Entwicklung eines Messsystems zur online-Überwachung von elektrischen Widerständen während eines Vibrationsexperiments bei konstanter oder veränderlicher Temperatur. Das Messsystem muss in der Lage sein geringe Widerstandsabweichungen mehrerer Probekörper bei hoher Änderungsgeschwindigkeit zu erfassen. Temperaturänderungen dürfen dabei das Messergebnis nicht verfälschen. Um die Menge der aufgezeichneten Daten zu begrenzen ist die Umsetzung einer Ereigniserkennung zu prüfen.

Teilaufgaben
  • Entwicklung eines schnellen, hochauflösenden Widerstandsmesssystems
  • Weiterentwicklung vorhandener Probekörper für die Online-Widerstandsmessung
  • Aufbau und Inbetriebnahme des Messsystems einschließlich Validierung
  • Durchführung eines Demonstrationsversuchs mit Vibration bei veränderlicher Temperatur
  • Diskussion und Dokumentation der erreichten Ergebnisse
Hochschullehrer

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

Betreuer
Dr.-Ing.
Karsten Meier
Tel.:
(0351) 463 36594
Bearbeitungsbeginn
ab sofort
Materialanalyse von 3D-Druckpolymeren
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Aufgabenstellung für eine Studienarbeit
Materialanalyse von 3D-Druckpolymeren
Zielstellung

Das Ziel dieser Arbeit ist die Ermittlung von Materialparametern, wie z.B. des dynamisch-mechanischen Verhaltens, und die Untersuchung der Haftfestigkeit von Metallen und deren Haftvermittlern auf 3D-Druckpolymeren. Anhand einer Literaturrecherche sollen Technologien zur Optimierung der Haftfestigkeit sowie der Materialzusammensetzung von UV-vernetzenden Druckpolymeren entwickelt werden. Darauf folgend sind Testvehikel zur Untersuchung der mechanischen Eigenschaften und der Haftfestigkeit zu entwerfen und herzustellen. Anhand der gewonnen Ergebnisse aus der Probencharakterisierung sollen Vorschläge zur Prozess- und Materialoptimierung entwickelt werden.
Mit einer Materialanalyse können Prozesse in der Herstellung von 3D-gedruckten elektronischen Baugruppen verbessert werden und ermöglichen einen Einblick in die Materialzusammensetzung. Bis auf wenige Ausnahmen ist die Zusammensetzung von 3D-Druckpolymeren nicht zugänglich und nur wenig dokumentiert. Durch deren genaue Kenntnis könnten jedoch Eigenschaften wie die Haftfestigkeit von Metallen und somit die Zuverlässigkeit des gesamten Systems verbessert werden.

Teilaufgaben
  • Literaturrecherche zur mechanischen Charakterisierung, zur Optimierung der Haftfestigkeit des 3D-Druckpolymers sowie dessen Zusammensetzung
  • Versuchsplanung und Entwurf von Testvehikeln
  • Herstellung von Testvehikeln, deren Charakterisierung und Auswertung
  • Vorschläge zur Optimierung des Prozesses und des Materials
  • Dokumentation der Ergebnisse und Teilaufgaben
Hochschullehrer

Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Karlheinz Bock

Betreuer
Dipl.-Ing.
Tobias Tiedje
Tel.:
(0351) 463 32132
Bearbeitungsbeginn
ab sofort
Finite-Elemente-Methode zur Zuverlässigkeitsanalyse von 3D-gedruckten elektronischen Baugruppen
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Aufgabenstellung für eine Studienarbeit
Finite-Elemente-Methode zur Zuverlässigkeitsanalyse von 3D-gedruckten elektronischen Baugruppen
Zielstellung
Netzmodell eines gelötetetn SMD-Bauelements auf einer Leiterplatte

Das Ziel dieser Arbeit ist es, die statisch-thermische Beanspruchung zwischen der Umverdrahtungsschicht und dem Bauelementanschluss sowie die Beanspruchung hin zum Trägermaterial für unterschiedliche SMD-Bauelemente zu simulieren. Über eine Recherche der Materialdaten soll eine Modellbildung der Komponente realisiert werden. Anhand der Ergebnisse der FEM sollen Maximalspannungen lokalisiert und mit typischen Schadensbildern (z.B. Risse, Delaminationen) verglichen werden. Mit Hilfe der Simulationsergebnisse und einer vorhandenen Zuverlässigkeitsuntersuchung sollen zudem die Parameter eines Lebensdauermodells abgeleitet werden.

Mit Hilfe der Finiten-Elemente-Methode kann ein thermomechanisches Modell für 3D-gedruckte elektronische Baugruppen erstellt werden. Dies ermöglicht, kritische Stellen in der Baugruppe zu identifizieren, die Lebensdauer der Baugruppe abzuschätzen und eine Optimierung an Material- und Designparametern vorzunehmen.

Teilaufgaben
  • Literaturrecherche zu Materialdaten und dem Umgang mit dem Simulationsprogramms
    ANSYS
  • Entwurf des FEM-Modells
  • Vergleich mit Schadensbildern und Entwicklung des Lebensdauermodells
  • Dokumentation der Ergebnisse und Teilaufgaben
Hochschullehrer

Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Karlheinz Bock

Betreuer
Dipl.-Ing.
Tobias Tiedje
Tel.:
(0351) 463 32132
Bearbeitungsbeginn
ab sofort
Charakterisierung und Verbesserung einer Vorrichtung zur Messung der Erstarrungstemperatur von Lotlegierungen durch IR-Thermographie
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Aufgabenstellung für eine Studienarbeit
Charakterisierung und Verbesserung einer Vorrichtung zur Messung der Erstarrungstemperatur von Lotlegierungen durch IR-Thermographie
Zielstellung
Messaufbau zur Unterkühlungsmessung mit IR-Thermographie: (links) schematischer Aufbau (CAD); (mitte) Messanordnung mit IR-Kamera und Hitzeschild; (rechts) IR-Abbildung des Messsubstrats und exothermer Temperaturverlauf einer Lotkugel beim Erstarren.

Der als Unterkühlung bezeichnete Unterschied zwischen Schmelz- und Erstarrungstemperatur ist ein entscheidender Einflussfaktor auf die beim Erstarren entstehende Mikrostruktur. Für weiterführende Zuverlässigkeitsbetrachtungen ist es daher von großem Interesse eine Korrelation zwischen Mikrostruktur und Erstarrungstemperatur herzustellen. Am IAVT wurde dazu bereits eine Vielzahl von Untersuchungen mit Hilfe von Infrarot-Thermographiemessungen durchgeführt. Für genauere Messungen wurde der ursprüngliche Versuchsaufbau bereits signifikant verbessert. Eine Evaluation des neuen Aufbaus konnte aber bisher nicht durchgeführt werden.

Ziel dieser Arbeit soll es daher sein, den derzeitigen Messaufbau zu analysieren, um weitere Verbesserungen abzuleiten und zu implementieren. Nach dem erneuten Aufbau der Vorrichtung, soll diese gewissenhaft kalibriert und seine Messgenauigkeit evaluiert werden. Abschließend soll die Funktionsfähigkeit durch ein initiales Experiment nachgewiesen werden.

Teilaufgaben
  • Literaturrecherche zu Unterkühlungsmessungen an Lotkontakten
  • Analyse des verbesserten Aufbaus und Ableiten von notwendigen Verbesserungen
  • Umsetzen der Verbesserungen
  • Aufbau und Kalibrierung des Messaufbaus
  • Nachweis der Funktionsfähigkeit des Messaufbaus
Hochschullehrer

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

Betreuer
Dr.-Ing.
Maik Müller
Tel.:
(0351) 463 33172
Bearbeitungsbeginn
ab sofort
Technologiebewertung für flexible Baugruppen auf Basis der Integrationsdichte
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Aufgabenstellung für eine Studienarbeit
Technologiebewertung für flexible Baugruppen auf Basis der Integrationsdichte
Zielstellung

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 bekannten Aufbau- und Verbindungstechniken ergänzt werden. Hinsichtlich der Funktionalität variiert auch die Integrationsdichte solcher Baugruppen, welche z. B. von einfachen Smart Cards bis hin zu komplexeren E-Paper inklusive Sensorik reichen kann.

In Abhängigkeit der Integrationsdichte sollen verfügbare Technologien eingeordnet und bewertet werden. Dazu sind entsprechende Demonstratoren mit den verfügbaren Technologien herzustellen, welche für nachfolgende Zuverlässigkeitsuntersuchungen geeignet sind. Im zweiten Schritt sollen die angewandten Technologien weitestgehend auf einem Demonstrator vereinigt werden.

Teilaufgaben
  • Literatur- und Patentrecherche zu Technologien für unterschiedliche Integrationsdichten.
  • Bewertung und Abgrenzung der Technologien hinsichtlich der Integrationsdichte.
  • Entwurf und Aufbau ausgewählter Demonstratoren mittels geeigneter Technologien.
  • Erarbeitung eines Konzepts zur heterogenen Integration der verschiedenen Technologien auf einem Demonstrator.
  • Initiale Bewertung hinsichtlich der Tauglichkeit mit Bezug auf Materialpaarungen, Zuverlässigkeit und Produktionsaufwand.
Hochschullehrer

Prof. Dr.-Ing. habil. Thomas Zerna

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