Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM

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  • Publication
    Cost driven design of smart microsystems
    (Artech House, 2012)
    Niedermayer, Michael
    Today's professionals are constantly striving to create sensor technology and systems with lower cost and higher efficiency. Miniaturization and standardization have become critical drivers for cost reduction in the design and development process, giving rise to a new era of smart sensors and actuators. These devices contain more components, but normally provide significant cost savings due to wider applicability and mass production. This first-of-its-kind resource presents methods for cost optimization of smart microsystems to help professionals select highly cost-efficient implementation variants. Written by leading experts, the book offers detailed coverage of the key topics that engineers need to understand for their work in the field, such as methods for cost estimation, holistic design optimization, a methodology for a cost-driven design, and applied cost optimization.
  • Publication
    Design kleinster Funksensorsysteme für drahtlose Sensornetzwerke
    (VDM Verlag Müller, 2008)
    Niedermayer, M.
    Der Entwurf miniaturisierter Funksensorknoten für drahtlose Sensornetzwerke ist gekennzeichnet durch eine hohe funktionelle Komplexität in Verbindung mit einer erheblichen, technologischen Realisierungsvielfalt. Die entsprechenden Entwurfsprozesse sind derzeit durch eine isolierte Optimierung einzelner Komponenten charakterisiert. Der Vergleich existierender Entwurfsansätze für elektronische Systeme hat ergeben, dass derzeit keine Methodik den gesamten Entwurfsprozess für miniaturisierte Funksensorknoten ausreichend unterstützen kann. Die Verfahren eignen sich lediglich für bestimmte Entwurfsschwerpunkte. Die vorliegende Forschungsarbeit baut ein ganzheitliches Rahmenwerk auf, welches den Entwickler von miniaturisierten, energieautarken Funksensorknoten bei der bereichsübergreifenden Optimierung unterstützt. Dabei wurde erstmalig der Protokoll- sowie der Schaltungsentwurf von Funksensorknoten mit den volumenrelevanten Entscheidungen hinsichtlich der Komponentengröße und -anordnung zusammenführt. Die zentrale Miniaturisierungsstrategie ist dabei, die Anforderungen hinsichtlich der Volumenkomponenten auf Kosten von Schichtelementen soweit wie möglich abzusenken. Die Identifikation der volumenrelevanten Entwurfsparameter erfolgt über Systemmodelle mit angepasster Granularität, welche die Funktionseinheiten zur Datenerfassung, Funkkommunikation und Energieversorgung auf Bauelementkombinationen abbilden. Auf Basis der wichtigsten Integrationstechnologien und deren Freiheitsgrade wurden weiterhin Volumenmodelle abgeleitet, die zur Abschätzung der Größenanteile einzelner Bauelemente auf den verschiedenen Abstraktionsstufen dienen. Nach der Analyse der verhaltens- und technologiebedingten Freiheitsgrade wurde eine ganzheitliche Entwurfsmethodik zur Miniaturisierung von Funksensorknoten erarbeitet. Dabei wird ein flexibler, modellbasierter Entwurfsansatz verwendet. Die einzelnen Entwurfsschritte ergeben sich dabei während des Entwicklungsprozesses durch Gewichtung der einzelnen Entwurfsentscheidungen in Bezug auf die Gesamtgröße. Zur Ermittlung des konkreten Miniaturisierungspotenzials wurden spezifische Entwurfswerkzeuge für energieautarken Funksensorknoten entwickelt und getestet. Am Beispiel von Reifendrucksensoren sowie Funksensorknoten für ein Logistikszenario wurde die Effizienz der Entwurfsmethodik im praxistauglichen Einsatz verifiziert. Im Rahmen dieser Entwurfsmethodik sind dabei die weltweit kleinsten Funksensorknoten entstanden, die man in drahtlose Adhoc-Netzwerke einbinden kann. Durch die ganzheitliche Betrachtung kann der Entwicklungsaufwand für einen bestimmten Miniaturisierungsgrad gesenkt werden, indem durch Verwendung der vorgeschlagenen Verfahren zur Volumenabschätzung der Entwurf auf volumenbestimmende Elemente konzentriert wird. Neben der Verwendung von Volumenmodellen zur Abschätzung des Miniaturisierungspotenzials können auch weitere ganzheitliche Systemparameter als Zielgrößen, beispielsweise durch Kosten- und Zuverlässigkeitsmodelle, integriert werden. Die entsprechenden Erweiterungen der hier vorgestellten Entwurfsmethodik stellen wichtige Forschungsthemen für den zukünftigen, technologieorientierten Entwurf von Funksensorknoten dar.
  • Publication
    Die Lötverbindung - Buch 1
    (Detert, 2007)
    Wittke, K.
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    Scheel, W.
    In der Wertschöpfungskette vom Rohstoff aus der Lagerstätte über die einzelnen Verarbeitungsstufen bis zum für die nationalen und internationalen Märkte bestimmten Festkörper als stoffliches Endprodukt der Wertschöpfung gewinnt das Fügen als Teil der Fertigungs- und Produktionstechnik eine immer größere Bedeutung. Ausgehend von den wissenschaftlichen Erkenntnissen zum stofflichen Vereinigen von Festkörpern und dem heutigen Stand der industriellen Anwendung der stoffschlüssigen Fügetechnik nehmen die Lötverbindungen als eine von den drei möglichen Stoffschlussverbindungen in den Endprodukten einen besonders wichtigen Platz ein. Das erklärt sich sowohl aus der Vielfalt der verwendeten Werkstoffe, als auch aus der zunehmenden Vielfalt der vom Markt geforderten sehr komplexen Funktions- und Gebrauchseigenschaften der Endprodukte. Deshalb stellen die Autoren die eigentliche Lötverbindung als Teil eines Festkörpers in ihrer technischen Vielfalt in den Mittelpunkt ihrer Arbeit und wollen sie unter den Gesichtspunkten der entsprechenden Grundlagen, Fertigung, Eigenschaften und auch der zu erwartenden Herausforderungen beschreiben und analysieren.
  • Publication
    Methoden zur Zuverlässigkeitsqualifizierung neuer Technologien in der Aufbau- und Verbindungstechnik
    (Detert, 2006)
    Wilde, J.
    ;
    Schneider-Ramelow, M.
    ;
    Petzold, M.
    Bei der heutigen Geschwindigkeit der Einführung neuer Elektronikprodukte müssen Entwicklungszeit von wenigen Monaten bis Jahren realisiert werden. Dies ist auch aus ökonomischen Gründen zwingend notwendig, weil die Produkte je nach Anwendung nur kurzzeitig unverändert am Markt bleiben, bei PC etwa nur einige Monate und bei Fahrzeugelektronik wenige Jahre. Eine der wesentlichen Anforderungen an moderne Elektronikhardware ist die Zuverlässigkeit. Bei den meisten Produkten ist die Reparatur in der Regel ausgeschlossen. Die Aufbau- und Verbindungstechnik repräsentiert eine Sammeltechnologie, die den Halbleiter in ein Bauelement, Modul oder eine Baugruppe integriert. Ein sehr großer Teil der Aktivitäten zur Sicherstellung der Zuverlässigkeit wird daher auf die AVT konzentriert. Die gängige Vorgehensweise ist dabei Spezifikation, Konzepterstellung, Auslegung, Musterbau, Prüfung und ggf. Iteration zur Optimierung. Es ist klar, dass bei einer spezifizierten Lebensdauer von beispielsweise 5.000 h nur dann eine kürzere Entwicklungszeit als ein halbes Jahr unmöglich wird, wenn besondere Maßnahmen zur Verminderung des Aufwandes und zur Verkürzung von Prüfzeiten getroffen werden. Die Fragestellung, wie man die Zuverlässigkeit neuer Aufbau- und Verbindungstechniken effizient sicherstellt, wurde seit einiger Zeit öfters an den Ausschuss heran getragen. Das Problem wird umso brennender, wenn es sich um grundsätzlich neue Technologien handelt, für die noch kaum Erfahrung existiert. Die Betrachtung einiger ?neuer? Technologien der AVT wie Chip-Scale-Package, Low- Temperature-Cofired-Ceramics oder Direct-Copper-Bonding zeigt, dass in der Regel vom Ende des Forschungsstadiums bis zu einer signifikanten Marktdurchdringung ein Zeitraum von einem Jahrzehnt vergeht.
  • Publication
    Innovative Fertigungsverfahren für neue Produkte auf der Basis dünner Silizium-Bauelemente
    (Fraunhofer IRB Verlag, 2004)
    Oelgeschläger, D.
    ;
    Schmid, H.
    ;
    Kloeser, J.
    ;
    Monser, H.-P.
    ;
    God, R.
    ;
    Schlott, P.
    ;
    Süss, R.
    ;
    Feil, M.
    Das Forschungsvorhaben InnoSi verfolgte zwei Entwicklungsschwerpunkte: Techniken zur Waferdünnung und -handhabung sowie Rolle-zu-Rolle Produktionstechniken für ultra-dünne Silizium-Bauelemente. Verfahren zur Herstellung von 25 µm dünnen Chips ("Dicing-by-Thinning"), zur elektrischen Verbindung extrem flacher Bauelemente ("isoplanare Kontaktierung" u. a.), Rolle-zu-Rolle Siebdrucktechniken sowie Verfahren zur Handhabung und Montage von ultra-dünnen Chips in einer Rolle-zu-Rolle Fertigungsanlage wurden entwickelt. Für alle neuen Prozesse wurden Gerätemodule realisiert. Neben den Rolle-zu-Rolle Anlagen sind dies auch Geräte zur reversiblen Montage von Trägersubstraten und für Plasmaprozesse zur Rückseitendünnung von Silizium-Wafern. Die im Projekt entwickelten Verfahren wurden für die Anwendungen Smart Label und diskrete Halbleiter erfolgreich nachgewiesen. Es wurden 100 µm dünne Einzelhalbleiter unter produktionsähnlichen Bedingungen realisiert und elektrisch charakterisiert. Für die Anwendung RFID-Etiketten wurde die vollständige Prozesskette von der Waferdünnung, über Chipvereinzelung bis hin zur Chip-Montage und -Kontaktierung mit 20-30 µm dünnen Transponder-ICs erfolgreich nachgewiesen.
  • Publication
    Morphologie-Zähigkeits-Korrelationen von modifizierten Epoxidharzen mittels bruchmechanischer Prüfmethoden an Miniaturprüfkörpern
    (Fraunhofer IRB Verlag, 2004)
    Walter, H.
    Epoxidharze werden aufgrund der großen Eigenschaftsvielfalt für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Dieses setzt umfassende Kenntnisse zu festigkeits- und zähigkeitsbestimmenden Mechanismen voraus. In dieser Arbeit werden Zusammenhänge zwischen Struktur bzw. Morphologie und dem Zähigkeitsverhalten modifizierter Epoxidharzsysteme unter Anwendung der Konzepte der Bruchmechanik aufgestellt. Die Bestimmung der Werkstoffeigenschaften erfolgte an miniaturisierten Prüfkörpern unter Anwendung eines berührungslosen Lasermesssystems. Eine Optimierung der Zähigkeitseigenschaften konnte durch die Zugabe von hochmoduligen Füllstoffen und reaktiven Modifikatoren erzielt werden. Es konnte belegt werden, dass die Bruchzähigkeit mit ansteigender Füllstoffkonzentration kontinuierlich zunimmt. Dagegen konnte bei der Bewertung mit dem energiedeterminierten J-Integral aufgrund von Verformungsbehinderungen keine Änderung beobachtet werden. Auf der Grundlage der energetischen Betrachtung mikromechanischer Prozesse ist es möglich, das makroskopische Zähigkeitsverhalten zu beschreiben. An einem konkreten Anwendungsfall aus dem mikroelektronischen Bereich wird an ausgewählten hochgefüllten Epoxidharz-Verbundwerkstoffen der Einfluss des Feuchtegehaltes auf das gesamte mechanisch-thermische Eigenschaftsniveau diskutiert. Durch Kombination der experimentellen Ergebnisse wird versucht, über ein definiertes Schema eine Auswahl für einen "Popcorn-resistenten" Epoxidharz-Verbundwerkstoff vorzunehmen.
  • Publication
    ESD in silicon integrated circuits
    (Wiley, 2002)
    Anderson, W.
    ;
    Gieser, H.
    ;
    Ramaswamy, S.
    Chapter Two introduces into phenomena of electrostatic discharge ESD which may damage integrated circuits. It discusses mechanisms generating the electrostatic voltage difference and the short discharge current pulses of high amplitude through the integrated circuit while it is handled either by a person or a machine. Although not dedicated to measures and problems of external ESD control the background helps to understand them and to trace them back to the standard ESD stress models Human Body Model and Charged Device Model. Electrostatic, charge, voltage, current, triboelectric charging, ionic charging, direct charging, field-induced charging, stress model, human body model, charged device model. Chapter Three covers in detail the test methods used for the ESD qualification of integrated circuits and for the pulsed characterization of ESD protection elements during their development. In the context of the ongoing standardization it discusses the test procedures for Human Body Model, Machine Model, Charged Device Model, Socket Device Model and the Transmission Line Pulsing. It deals with the influence of the package and identifies correlation issues including failure criteria and pulse metrology for the extremely narrow, single discharge pulses of the Charged Device Model. Human Body Model, Machine Model, Charged Device Model, Socket Device Model, Transmission Line Pulsing, impulse metrology, correlation, failure criteria, pico second.
  • Publication
    Kreislaufwirtschaft in der Elektronikindustrie. Konzepte, Strategien, Umweltökonomie
    (VDE-Verlag, 1997)
    Griese, H.
    ;
    Müller, J.
    ;
    Sietmann, R.
  • Publication
    Europractice multichip module design handbook
    (IZM, 1997)
    Dümcke, R.
    ;
    Simsek, A.
    ;
    Köhne, H.
  • Publication