Forschungsthemen

Mit der stetig zunehmenden Miniaturisierung und Komplexität von Elektronik-Komponenten besteht ein hoher Bedarf an neuen Technologien und innovativen Materiallösungen. Mit Blick auf ein reales industrielles Anwendungspotenzial ist dabei immer auch die Sicherung von Funktionalität, Qualität und Lebensdauer im Einsatz zwingend erforderlich und bei den technologischen Entwicklungen mit zu berücksichtigen. Zuverlässigkeit ist ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal von wettbewerbsfähigen Produkten auf den globalen Märkten, das besonders als Differenzierungsmerkmal für die in Deutschland und Europa hergestellten Produkte von zentraler Bedeutung ist.

Unser Forschungsarbeit konzentriert sich daher auf die Weiterentwicklung von Verfahren der leistungsfähigen mikrostrukturellen Analytik und deren gezielter Einsatz für die Bewertung und Analyse prozessbedingter und zuverlässigkeitsbestimmender Einflüsse auf die Funktionalität von mikroelektronischen und leistungselektronischen Bauelementen, sowie mikromechanischen Sensoren und Aktuatoren. Die Arbeiten konzentrieren sich speziell auf die Erkennung, Analyse und die Beherrschung von elektrischen, elektronischen und mechanischen Defekten in Werkstoffen und Komponenten der Mikroelektronik, Leistungselektronik und Mikrosystemtechnik sowie angrenzender Halbleiter- und Nanotechnologien. Wir arbeiten in diesen Bereichen mit international führenden Halbleiterherstellern, Produzenten mikroelektronischer und leistungselektronischer Bauelemente und Systeme mit Anwendungen vorwiegend in der zuverlässigkeitskritischen Automobilelektronik, aber auch im Bereich moderner elektronischer Kommunikationssysteme und im Consumer-Markt zusammen.

Weiterhin forschen wir im Bereich der vertrauenswürdigen Elektronik an neuen, leistungsfähigeren Analyseverfahren für den Fälschungsnachweis und die Resilienzprüfung von Sicherheitsmerkmalen in elektronischen Bauelementen und -systemen.

Automotive Packaging

 

 

Beim Automotive Packaging werden Halbleiterchips mit ihrer Umgebung verbunden, zum Schutz verkapselt und auf Substraten zu elektronischen Bauelementen, Modulen und zu komplexen 3D-integrierten Mikrosystemen und Subsystemen montiert. Wir optimieren Designs, Prozessschritte und Materialien zur Steigerung der Zuverlässigkeit, besonders bei schwierigen Umgebungsbedingungen (Feuchte, Wärme, aggressive Medien).

Materialdiagnostik Leistungselektronik

 

Wir identifizieren, analysieren und modellieren Defekte und Degradationsmechanismen mit dem Ziel, die Qualität, Zuverlässigkeit und Sicherheit leistungselektronischer Bauelemente und Systeme zu erhöhen. Unser Expertenteam entwickelt innovative Methoden, Geräte und Verfahren für die Qualitätskontrolle, die Prüfung und die Fehleranalyse bis zur industriellen Marktreife. Unsere Erfahrungen und Erkenntnisse in der angewandten Mikrostrukturdiagnostik und Zuverlässigkeitsforschung tragen zur beschleunigten Markteinführung innovativer Technologien und neuer Materialien bei.

Mikromechanische Prüfung und Simulation

 

Unsere speziell angepassten Methoden der Werkstoffcharakterisierung erlauben eine anwendungsnahe und materialspezifische Ermittlung von bauteilrelevanten Material- und Schädingungsparametern. Durch deren Verwendung in numerischen Simulationswerkzeugen wird eine verbesserte Vorhersage möglicher Zuverlässigkeits- oder Alterungsmechanismen bereits während der Auslegung sowie ein vertieftes Ursachenverständnis potenzieller Fehlermoden während der Qualifizierung oder Anwendung im Feld möglich. Für den Einsatz neuartiger Werkstoffe entwickeln wir entsprechende Charakterisierungsmethoden weiter.

Aufbau- und Verbindungstechnik

 

Das Verständnis von Wechselwirkungen und Eigenschaftsänderungen im Inneren eines Werkstoffes oder Bauteiles sowie an dessen Grenzflächen erlaubt es uns, Versagensmechanismen aufzuklären oder ein Versagen sogar zu verhindern, um Systeme und Prozesse hinsichtlich ihrer Effizienz und Zuverlässigkeit zu optimieren sowie innovative technologische Ansätze zu entwickeln und umzusetzen. Dabei kommt den Kontaktwerkstoffen und -verbindungen (z.B. Drahtbondkontakte, Löt-, Pressfit-, Klebeverbindungen) eine Schlüsselstellung zu.

Physikalische Fehleranalyse

 

Wir lokalisieren, isolieren und analysieren die Ursachen für fehlerhaftes Verhalten in elektronischen Schaltkreisen auf Basis von Silizium-Substraten auf Chip- und Waferebene. Ziel ist dabei, sowohl prozessrelevante Schwachstellen aufzudecken, als auch komplexe Ausfall- und Degradationsmechanismen aufzuklären. Dazu setzen wir komplexe und leistungsfähige hochauflösende Fehleranalysemethoden der Elektronen- und Ionenmikroskopie, der Defektlokalisierung sowie der Oberflächen- und Spurenanalyse ein.

Zerstörungsfreie Defektlokalisierung

 

Wir entwickeln neue Methoden, Verfahren und Geräte für die zerstörungsfreie Fehleranalyse, die Defektlokalisierung und die industrielle Qualitätskontrolle. Wir zielen auf eine bessere Erkennung und Kontrolle von Fehlern und verborgenen Strukturen. Die kontinuierliche Weiterentwicklung und Optimierung unserer Methoden und Werkzeuge ermöglicht ein verbessertes Verständnis der Zusammenhänge zwischen Material, Prozessparametern und Anwendungsbedingungen, um diese im Hinblick auf optimale Ausbeute, Qualität, Zuverlässigkeit und Nachhaltigkeit zu optimieren.

GaN-HEMT-Bauelemente

 

 

Wir lokalisieren und analysieren elektrisch aktive Defektstrukturen im GaN-high-electron-mobility Transistoren (HEMT). Ziel ist dabei die Identifikation und Ursachenermittelung von stress- und einsatzbedingten Degradationsmechanismen. Dazu nutzen wir sowohl komplexe und elektronenmikroskopische Analysemethoden ebenso wie Methoden der elektronenstahlbasierten Stromabbildung (EBIC) sowie der hochauflösenden Lock-in-Thermographie. Mit Hilfe der ortsauslösenden Spurenanalytik (ToF-SIMS) bewerten wir mögliche Kontamination in Schichtstrukturen und Grenzflächen.