Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Dem Chip ins Herz geschaut - Stressmessung des Fraunhofer IZM minimiert Ausschuss in der Elektronikfertigung

08.09.2009
Die Fertigung von mikroelektronischen Systemen ist ein hartes Business, zumindest für die Elektronik selbst. Chips mit mikrometerkleinen Strukturen werden beim Verkapseln mit Drücken über 100 kg/cm² beaufschlagt und bei der Lötmontage Temperaturschwankungen von mehreren Hundert Grad Celsius ausgesetzt.

In fünf bis zehn Prozent führt nicht selten allein der Fertigungsprozess dazu, dass trotz einwandfreier Bauteile einzelne Systemkomponenten durch Dehnungen zu stark belastet werden und folglich ausfallen.

Große Elektronikzulieferer wie Bosch suchen daher seit Jahren nach einem Messsystem, das die mechanische Belastung von Mikrosystemen online erfassen kann. In dem BMBF-Verbundprojekt iForceSens ist ein solches System entwickelt worden. Es handelt sich dabei um einen Stressmesschip, der sich aufgrund seiner geringen Maße von weniger als 5 mm² unaufwändig in bestehende Fertigungsprozesse integrieren lässt und somit sämtliche Produktionsschritte bewertet. Dieser wird dabei entweder als Flip Chip oder Drahtbond-Variante anstelle des zu untersuchenden Bauteils oder in dessen Nähe platziert.

"Auf diese Weise können Elektronikproduzenten erstmals die Frage beantworten, mit welchen Einstellungen und Verarbeitungsparametern sich ein System zuverlässig und unter minimalen Spannungen produzieren lässt", skizziert Thomas Schreier-Alt das Potenzial des Projekts. Zusammen mit Katrin Unterhofer erforscht der promovierte Mikromechatronik-Experte am Fraunhofer IZM die Wechselwirkungen von Elektronik in ihrer Fertigungs- und Anwendungsumgebung und deren Einfluss auf die Systemzuverlässigkeit.

Um insbesondere die Stressverteilung innerhalb eines Bauteils berechnen zu können, wurden bis zu 67 Sensorzellen über die gesamte Detektorchipfläche verteilt, die für eine ortsaufgelöste Messung sorgen. Da das Chipdesign außerdem überaus vielfältig gestaltet wurde, ist es möglich, unterschiedlichste Prozesse der Mikroelektronik-Fertigung zu charakterisieren, z.B. das Aufkleben von Bauteilen, die Kunststoff-Verkapselung mit Duroplasten oder im Thermoplast-Spritzguss.

Der Stressmesschip, der über ein spezielles Steuergerät ausgelesen wird, verfügt trotz der relativ hohen Zahl an Messzellen über lediglich vier Anschlüsse und passt dadurch auch in kleine Gehäuse mit nur wenigen Kontakten.

Von der Simulation zur Wirklichkeit
Vor allem die Fertigungsindustrie dürfte diese Entwicklung freuen, denn erstmals lassen sich Prozesse nicht nur vorab simulieren, sondern auf die tatsächlich auftretenden Kraftgefüge abstimmen, etwa beim Dünnen von Wafern. Die meist durch Abschleifen erzeugten Schichten sind enormen thermomechanischen Belastungen ausgesetzt, die häufig zu Strukturdefekten an der Oberfläche der empfindlichen Halbleiter führen. Auch beim Einbetten sehr dünner Chips in Leiterplatten oder polymere Schaltungsträger treten während des Laminierens und Bedruckens Belastungen auf, die sich durch einen Stressmesschip besser dosieren lassen.

"Für Zuverlässigkeitstests in sensiblen Elektronikbereichen wie der Luft- und Raumfahrt oder der Automobilindustrie bietet ein solches Detektionssystem völlig neue Möglichkeiten", so Schreier-Alt: "Wo bislang mit Simulationen und aufwändigen Versuchsaufbauten die Fertigungsprozesse nachgebildet wurden, verrät die neue Stressmessung nun, wie es im Chip wirklich aussieht."

Die Arbeiten wurden in einem Projektverbund unter der Koordination der Robert Bosch GmbH zusammen mit dem Transferzentrum Mikroelektronik (TZM), dem Fraunhofer IZM, der Arburg GmbH+Co KG, der Physikalisch Technischen Bundesanstalt (PTB), der Sensitec GmbH, der MEAS Deutschland GmbH und der Microelectronic Packaging Dresden GmbH (MPD) durchgeführt und vom VDI-VDE/IT gefördert.

Georg Weigelt | idw
Weitere Informationen:
http://www.izm.fraunhofer.de
http://www.izm.fhg.de/abteilungen/mmz/mmz/index.jsp
http://www2.izm.fhg.de/Bilder/stressmesschip.zip

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Wie Protonen durch eine Brennstoffzelle wandern
22.06.2017 | Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

nachricht Omicron Diodenlaser mit höherer Ausgangsleistung und erweiterter Garantie
20.06.2017 | Omicron - Laserage Laserprodukte GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion

23.06.2017 | Physik Astronomie

Dünenökosysteme modellieren

23.06.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften