Projekte

Das Projekt 3DWeMo (2D und 3D Werkstoff-Morphologien für das reaktive Mikrofügen in der Elektronik) untersucht den Einfluss der Substrat-Morphologie auf eine reaktive Mehrlagenschicht. Selbst fortschreitende Reaktionen metallischer Mehrlagen, besonders solche basierend auf Ni/Al, wurden in den letzten Jahrzehnten umfangreich untersucht. Dabei lag der Schwerpunkt auf Nanofolien und gesputterten Schichtsystemen. Die Ausnutzung dieser Reaktionen zum Fügen von elektronischen Chips oder mikromechanischen Bauteilen (MEMS) bietet den Vorteil einer örtlich begrenzten Wärmebelastung. Die durch lokale Zündung ausgelöste Kettenreaktion ist schwer zu kontrollieren und die Reaktionsprodukte weisen oft hohe Spannungen auf. Es ist bekannt, dass nanoskalige Krümmungsradien die Oberflächen- und Grenzflächenenergie beeinflussen. Dies soll ausgenutzt werden, um die freie Enthalpie einer Mehrschichtfolge gezielt zu beeinflussen und somit Beschleunigung und Geschwindigkeit der Reaktionsausbreitung zu beeinflussen. Ein zusätzlicher Faktor ist die geänderte Mehrlagenmorphologie durch die Nanostruktur, welche das Fortschreiten der Reaktion ebenfalls beeinflusst. Im Projekt werden verschiedene Mehrlagen-Architekturen untersucht, wobei sowohl die Oberflächengestalt als auch der Schichtaufbau berücksichtigt wird. Deren Einfluss auf die Phasenumwandlung wird untersucht.  

Somit wird die Grundlage für die Entwicklung vorgefertigter Strukturen für eine zukünftige Chipmontage gelegt. Das erworbene Wissen trägt zu maßgeschneiderter Aufbau- und Verbindungstechnik bei, die in Zukunft definierte Zündpfade für den dosierten Energieeintrag in Lotverbindungen für die Chipmontage ausnutzt.

Projektleiter: Dr.-Ing. Heike Bartsch

Wissenschaftlicher Mitarbeiter: M. Sc. Konrad Jaekel

Projektlaufzeit: 15.11.2019 – 31.07.2025

Förderung: DFG

Partner: Fachgebiet Werkstoffe der Elektrotechnik

Das Ziel des MemWerk (Memristive Werkstoffe für die neuromorphe Elektronik) Projekts ist die Entwicklung neuer funktioneller memristiver Materialien für energieeffiziente neuromorphe Elektronik, d.h. elektronische Systeme, deren Prinzip auf Paradigmen der biologischen Informationsverarbeitung basiert.

Memristive Materialien haben einen Memory-Effekt und können ihre elektronischen Eigenschaften (elektrischer Widerstand) durch externe Signale (z. B. elektrischer Strom oder Spannung, Gase, Licht, Temperatur usw.) ändern. Folglich ermöglichen diese Materialien die Erstellung von Geräten, deren Funktionen in vielerlei Hinsicht denen von Synapsen in neuronalen Netzen ähnlich sind. Sie bilden somit den zentralen Kunststoffbaustein in künstlichen neuronalen Netzen (ANNs).

Der Entwicklungsschwerpunkt des Teilprojektes liegt auf der Systemintegration. Es werden Verbindungs- und Kontaktkonzepte entwickelt und getestet, die ein größeres Feld oder ein Cluster von memristiven Komponenten elektrisch adressieren, ohne auf Schnittpunktstrukturen zurückzugreifen.

Folgende Konzepte werden bei der Umsetzung dieser Aufgabe berücksichtigt:

a) Aufbau von Flip-Chip-Memristivmatrizen auf einem mehrschichtigen LTCC-Substrat.

b) Direkte Integration von Memristoren auf einem geeigneten vorkonfektionierten Substrat mit bereits implementierter Verdrahtung. Dieser Ansatz nutzt Niedertemperatur-Einbrand-Keramiksubstrate (LTCC) mit angepassten Ausdehnungskoeffizienten. Die Technologie ermöglichte die Verdrahtung von bis zu 100 Schichten. Die Glättung der gesinterten LTCC-Oberfläche ist hierbei ein Entwicklungsschwerpunkt, zur Glättung kommen u.a. Polierprozesse auf verschiedenen Oberflächen zum Einsatz.

Teilprojektleiter: Jens Müller

Fördermittelgeber: Carl-Zeiss-Stiftung

Laufzeit: 04/2020 - 03/2025

Ansprechpartner: Dr.-Ing. Heike Bartsch, Dr. Kateryna Soloviova

Link: https://memwerk.de/

Reaktive Multilayersysteme (RMS) sind neu entwickelte Befestigungsverfahren, die eine schnelle, hermetische und homogene Verbindung zwischen dem Schaltungsträger und den Bauteilen ermöglichen. Der Schwerpunkt dieser Projektarbeit liegt auf der Entwicklung von Adhäsionsmechanismen für die RMS-Verbindung von thermisch gering leitfähigen Substraten wie Glaskeramiken. Es soll ein Modell entwickelt werden, um die wechselseitigen Zusammenhänge zwischen Randbedingungen (Wärmeleitfähigkeit, Rauheit, Schichtdicken etc.) und Prozessparametern (Reaktionsgeschwindigkeit und Temperatur) und deren Auswirkung auf die Fügehaftung zu beschreiben. Auf experimenteller Seite geht damit die Entwicklung eines neuartigen In-situ-Testsubstrats einher, das eine direkte Temperaturmessung während der Reaktion an der Verbindungsstelle mithilfe von Thermoelementen anstelle eingebetteter und isolierter Thermistoren ermöglichen soll. Darüber hinaus zielt die zweite Phase auf strukturierte, lokalisierte RMS-Bindungen zur funktionellen Charakterisierung ab.

Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Jens Müller

Ansprechpartner: Dr.-Ing. Nesrine Jaziri

Projektlaufzeit: 01/2024 - 12/2025

Förderung: DFG

Partner: Universität des Saarlandes, Fachrichtung Systems Engineering, Lehrstuhl für Mikrointegrationund Zuverlässigkeit