Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM

Filters
Reset filters

Settings
Now showing 1 - 10 of 49
  • Publication
    Simulation based analysis of LED package reliability regarding encapsulant related failures
    (Fraunhofer Verlag, 2016)
    Watzke, Stefan
    Within the work several LED encapsulation material related reliability issues are investigated by means of finite element analysis (FEM). The typically used silicone and epoxy materials are mechanically characterized after subjecting them to different environmental conditions. Based on these investigations material models for the FEM are created. Finally, the material models are used to simulate some encapsulation related reliability issues.
  • Publication
    Plasmaätzen zur Herstellung von Siliziumdurchkontaktierungen mit kontrolliertem Seitenwinkel für die dreidimensionale Integration im Wafer Level Packaging
    (Fraunhofer Verlag, 2016)
    Wilke, Martin
    Die fortschreitende Miniaturisierung von elektronischen Systemen geht einher mit der Forderung nach gesteigerter Leistungsfähigkeit und vielfältigerer Funktionalität. Dies erfordert von der Elektronikfertigung zunehmend die vertikale bzw. dreidimensionale Integration von Halbleiterbauelementen. Die Herstellung von Siliziumdurchkontaktierungen (engl. Through Silicon Vias, Abkürzung: TSVs) zwischen den einzelnen Systemkomponenten ist dabei zentraler Bestandteil der Fertigung. In der vorliegenden Promotionsarbeit wird eine Methode zur Kontrolle der TSV-Form durch Plasmaätzen entwickelt. Hierzu werden die oberflächenphysikalischen Vorgänge bei der Ätzung im Schwefelhexafluorid/Sauerstoff-Plasma modelliert und die Verteilung, der an der Ätzung beteiligten Radikale und Ionen mittels Monte-Carlo-Simulation in TSVs unterschiedlicher Geometrie simuliert. Die lokale Verteilung der Ätzraten im TSV erlaubt Vorhersagen über die Formentstehung während des Ätzverlaufes. Das Modell wird durch Ätzversuche verifiziert und ermöglicht die gezielte Kontrolle der TSV-Form in Abhängigkeit der Prozessparameter.
  • Publication
    Übertragung des außenstromlosen Nickel-Metallisierungs-Verfahrens in die Mikrosystemtechnik
    ( 2014)
    Ostmann, A.
    Eines der wichtigsten Verfahren der Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT) ist die Flip-Chip-Technik. Die beim Flip-Chip-Verbinden durch Löten oder Kleben erzeugten elektrischen Kontakte erfordern die zusätzliche Erzeugung von Bumps auf den Anschlußflächen der Halbleiter. Der stetige Kostendruck in der Elektronikindustrie verlangt auch eine Reduzierung der Kosten für das Bumping von Halbleiterwafern. Ein potentiell sehr kostengünstiges Bumpingverfahren bietet die selektive chemische Metallabscheidung auf Al-Kontaktpads mittels chemischer Metallisierung. Im Rahmen dieser Arbeit wurden umfassende Untersuchungen zur chemischen Metallabscheidung auf Halbleiterwafern durchgeführt. Es konnte gezeigt werden, daß sich auf Al-Kontaktflächen durch eine alkalische Reinigung, gefolgt von einer Doppelzinkat-Behandlung, feinkörnige Zn-Schichten abscheiden lassen, welche zu hoher Bumphaftung führen. Der Einfluß des Stabilisators in Ni-Bädern auf die Ni-Abscheidung wurde untersucht. Für den Zusammenhang zwischen kritischer Stabilisatorkonzentration und Padgröße wurde ein Modell aufgestellt und experimentell verifiziert. Die bei der chemischen Metallisierung funktioneller Halbleiterwafer auftretenden Effekte wurden untersucht. Es ließ sich zeigen, mit welchen Maßnahmen diese Effekte beeinflußt bzw. vermieden werden können. Es konnte eine Prozeßkette zum chemischen Bumping entwickelt werden, deren wesentlicher Bestandteil ein Meßverfahren für den Stabilisatorgehalt ist. Gemäß den Anforderungen der Behandlungsschritte wurde eine Anlage entworfen und aufgebaut. Die Tauglichkeit des Prozesses ließ sich anhand von verschiedenen Wafertypen unterschiedlicher Technologien erfolgreich verifizieren und die Gleichmäßigkeit und Zuverlässigkeit der abgeschiedenen Ni-Bumps nachweisen. Für verschiedene Produktionsszenarien des chemischen Bumpings wurde ein Kostenmodell erstellt. Es ließ sich zeigen, daß ein Waferbumping mit Kosten bis herunter zu 2,10 e pro Wafer möglich ist. Abschließend wurden Untersuchungen zur Zuverlässigkeit von Ni-Bumps in Flip-Chip-Verbindungen durchgeführt. Bei Chips mit Ni-Bumps, welche mittels Flip-Chip-Klebe-Technik montiert wurden, war stets der verwendete Klebstoff der limitierende Faktor bei den Zuverlässigkeitstests. Auch beim Flip-Chip-Löten mit chemisch abgeschiedenen Ni-Unter-Bump-Metallisierungen konnte für verschiedene Lottypen eine sehr gute Beständigkeit bei thermischen und thermomechanischen Belastungstests nachgewiesen werden.
  • Publication
    Entwicklung einer einmodigen Wellenleitertechnologie in Dünnglas für die photonische Systemintegration
    (Fraunhofer Verlag, 2012)
    Brusberg, L.
    Auf Grundlage eines erarbeiteten dünnglasbasierten photonischen Integrationskonzeptes wird die Entwicklung einer einmodigen Wellenleitertechnologie in Dünnglas vorgeschlagen. Als Wellenleitertechnologie wurde der thermische Ionenaustausch angewendet. Für den Entwurf der Wellenleiter wurde ein Prozessmodell entwickelt. Im Ergebnis konnten somit einmodige verlustarme Wellenleiter in Dünnglas für die photonische Systemintegration demonstriert werden.
  • Publication
    Loss modeling in non-ideal transmission lines for optimal signal integrity
    ( 2012)
    Curran, B.
    The drive toward higher integration densities of electronic devices has led to smaller transmission line conductor sizes and compound dielectric structures with multiple lossy dielectrics. The desire for higher bit-rates, upwards of 100 GBits/s, has led to increased skin-effects, proximity effects, and dielectric losses. Losses in these transmission lines are often difficult to predict due to non-ideal transmission line cross-sections, including surface roughness, edge-shape effects, and moisture absorption in organic dielectric materials. Therefore, in this work, a methodology for modeling the conductor in transmission lines is proposed that includes the edge-shape effects and surface roughness over a wide frequency range. First, it is shown that state-of-the-art models are deficient due to limitations in their bandwidths, flexibility, and computation times. A novel model, which models the direct current (DC) resistance, skin-effect, and proximity effect together with the edge-effects and surface roughness effects, is proposed called the Adapted Filament Method. By modeling these effects together, it is possible to model extremely non-ideal transmission lines (for example, lines produces with ink-jet printing processes) where the surface roughness is a significant proportion of the conductor thickness, edge-shape effects include very narrow angles, and each conductor surface has a different roughness profile. The proposed model extends the filament method by building an inhomogeneous conductivity toward the conductor surfaces. The Adapted Filament Model offers more accurate results than the state-of-the-art models over a larger frequency bandwidth with greater physical insight. It also models proximity effects together with surface roughness effects, which is a deficiency of nearly every other model. Due to its physical insight the model is also useful for evaluation of transmission line fabrication technologies because it can determine dominant loss mechanisms in given frequency ranges. Furthermore, state-of-the-art techniques are investigated for modeling the dielectric losses in structures where several dielectric layers, with various characteristics, contribute to the losses. The most important composite dielectric modeling techniques were investigated to determine composite material dielectric loss characteristics. Based on these, a combination of modeling techniques is developed to analytically model a complex dielectric structure, including the effects of moisture absorption. The methodology was used to investigate, analytically, for the first time, the effects of moisture absorption on the high frequency characteristics of coplanar transmission lines. This investigation showed an increase in dielectric losses and permittivity dispersion at low frequencies. The conductor modeling approached were verified with high frequency measurements of coplanar transmission lines. The lines were fabricated with the before mentioned innovative ink-jet micro-printing process. The modeled results correspond to the measured results within a few percent. Three different transmission lines with different dimensions and metallization conductivities were measured and modeled up to 60 GHz. Modeling shows that, for a coplanar transmission line printed with an ink-jet printing technique, edge shape effects and surface roughness became the dominant loss mechanisms at around 5 GHz and accounted for 70% of the total losses at 20 GHz. When lower conductivity ink was used (approximately 1/5 of the previous), while the skin- and proximity effect losses increased, the surface roughness and edge-shape effects only accounted for 20% of the losses at 60GHz. The composite dielectric modeling techniques were verified for a lossy dielectric encapsulation material using planar interdigital capacitors up to frequencies of 110 MHz. It is shown that the effective permittivity and dielectric loss tangent of a composite dielectric are frequency dependent at low frequencies, but this dependency stabilizes at around 200MHz. Finally, the dielectric and conductor modeling techniques were applied together to find the broadband transmission line characteristics of a coplanar transmission line. For a typical application, the combined modeling indicates low frequency dielectric losses and characteristic impedance dispersion that stabilizes around 1 GHz.
  • Publication
    Simulation elektrostatischer Entladungen
    (Südwestdeutscher Verlag für Hochschulschriften, 2011)
    Morgenstern, H.
  • Publication
    Kostengetriebener Entwurf drahtloser Sensornetzwerke
    (Südwestdeutscher Verlag für Hochschulschriften, 2011)
    Niedermayer, M.
    Drahtlose Sensornetzwerke stellen sehr komplexe Systeme mit einer großen Bandbreite an Realisierungsmöglichkeiten dar. Zur Abbildung der Kostenstrukturen werden daher Modelle erforderlich, die den Entwickler bei der Identifikation der Kostentreiber unterstützen. Ein Kernelement zur hier vorgeschlagenen Kostenoptimierung von drahtlosen Sensornetzwerken bilden die erarbeiteten Kostenmodelle, auf deren Basis die Aufwände zur Entwicklung und Fertigung sowie für verschiedene Systemkomponenten abzuschätzen sind. Dabei wird die Detailtiefe der Modellierung im Entwicklungsprozess geeignet angepasst, indem in der Konzeptionsphase zunächst grobe Kostenmodelle mit wenigen Eingabeparametern verwendet werden. In den späteren Entwurfsphasen sind die Modelle der kostentreibenden Elemente immer weiter zu verfeinern, um den Schätzfehler bei der Kostenbewertung von Realisierungsvarianten abzusenken. Zur rationalen Entscheidungsfindung der kostengünstigsten Sensornetzwerkimplementierung wurde ein Entwurfswerkzeug entwickelt. Durch die Einbindung der erarbeiteten Kostenmodelle kann der Entwickler die Kostenstrukturen verschiedener Optionen untersuchen, um die zweckmäßigste Systemarchitektur und geeignete Fertigungstechnologien auszuwählen. Während in der Vergangenheit eine Kostenoptimierung zumeist monokriteriell erfolgte, indem man alle kostenrelevanten Einflussgrößen monetär gewichtete und dann die Gesamtkosten minimierte, fiel hier die Wahl auf einen multikriteriellen Ansatz. Dadurch können kostenrelevante Kriterien von der Entwicklungsdauer bis zur Fertigungskomplexität bei der Ermittlung von besonders vorteilhaften Realisierungsvarianten berücksichtigt werden, ohne dass bei der Lösungssuche alle Kenntnisse zur Quantifizierung der resultierenden Kosten vorhanden sein müssen. Dazu wurden evolutionäre Algorithmen implementiert, um auf der Basis von Pareto-Fronten die kosteneffizienten Sensornetzwerkoptionen zu ermitteln. Im Ergebnis konnte ein Entwurfswerkzeug realisiert werden, was den Entwickler bei der Kostenoptimierung von Sensornetzwerken unterstützt. Somit ist der Anwender in der Lage, die weiteren Optimierungsschwerpunkte während des gesamten Kostenoptimierungsprozesses adäquat festzulegen. Die Verifikation der erarbeiteten Kostenmodelle und des implementierten Entwurfswerkzeuges war im praktischen Einsatz sehr erfolgreich. Am Beispiel von Sensornetzwerken für die Maschinenüberwachung konnten wertvolle Erkenntnisse gewonnen werden, welche Technologiealternativen in der heutigen Kostensituation sich für bestimmte Szenarien besonders eignen. Zur Kostenoptimierung von Sensornetzwerken, die nur moderate Stückzahlen für Nischenanwendungen erfordern, konnten durch entsprechende Untersuchungen Strategien zur Minimierung der Fertigungsaufwände bei universellen sowie modularen Sensorknoten abgeleitet werden. Weiterhin wurden die aktuellen Kostenschranken für sehr einfache Sensornetzwerkarchitekturen bestimmt. Eine Übertragung der hier erarbeiteten Methoden zur Kostenoptimierung auf ähnliche Systemklassen, wie besonders kosteneffiziente Funkmodule und digitale Sensormodule, ist mit überschaubarem Aufwand möglich. Für eine ganzheitliche Optimierung drahtloser Sensornetzwerke ist zu erwarten, dass zukünftig Erweiterungen zur Berücksichtigung diverser Systemparameter - beispielsweise durch Kopplung der Kostenmodelle mit Zuverlässigkeitsmodellen - zu einem wichtigen Forschungsthema werden.