iMaps Mitteilungen 12/2023

Nach der Eröffnung und Begrüßung der Teilnehmer durch den 1. Vorsitzenden Prof. Martin Schneider-Ramelow gab es drei Vorträge zum Thema Sintern. Benjamin Schellscheidt von der Hochschule Düsseldorf stellte „Untersuchungen zu einem zweistufigen Sinterprozess“ vor, mit dem ein höherer Prozessdurchsatz realisiert werden kann. So kann die Pressdauer in der Sinterpresse reduziert werden, gefolgt vom zweiten Sinterschritt bei 300 °C in Stickstoff. Knud Gripp von der Fachhochschule Kiel referierte über die „Untersuchung des Einsatzes von induktiver Erwärmung beim Sintern von Halbleiterbauelementen“. Motivation der Arbeiten ist Verringerung der thermomechanischen Spannungen in der Sinterschicht, die durch Art der Erwärmung beeinflusst wird. Es wurde gezeigt, dass sich die Deformation der Kupfersubstratunterseite im Testaufbau deutlich reduzieren ließ, u. a. da die Sinterpaste kalt verdichtet werden kann und anschließend erwärmt und versintert wird. Das Verfahren bietet neue Möglichkeiten in der Sinterprozessführung aufgrund der thermischen Performance. Mit der „Particle formation and trace morphology of Cu complex inks using different sintering techniques“ beschäftigte sich Nihesh Mohan von der Technischen Hochschule Ingolstadt. Es wurde unter anderem gezeigt, dass die Kupferpartikel beim Lasersintern im Vergleich zum konventionellen Ofensintern zu feineren Strukturen versintert werden. Beim Lasersintern werden die in-situ erzeugten Partikel nur für eine sehr kurze Zeit erhitzt, wodurch das Zusammenwachsen der Partikel zu größeren Aggregaten verhindert wird.

Anschließend bekamen die Aussteller die Möglichkeit, sich kurz im Auditorium vorzustellen und Interesse für einen Besuch in den Kaffee- und Ausstellungspausen an den Table Tops zu wecken. Davon wird, auch durch die guten räumlichen Bedingungen direkt vor dem Hörsaal, rege Gebrauch gemacht.

Der nächste Block fasste vier Vorträge zum Themenfeld LTCC zusammen. Martin Ihle trug über „Maskenlose, digitale Druckverfahren für LTCC- Mikroschaltungen“ vor. Im Rahmen des Projekts MuSKeL – Miniaturisierte digital-gedruckte Strukturen in LTCC-Keramik – arbeiteten Fraunhofer IKTS, Hahn Schickard, und Technische Universität Danzig an inkjetbasierten Strukturierungsverfahren, die ohne Siebe oder Schablone auskommen. Peter Uhlig vom IMST und Richard Schmidt, IKTS, teilten sich die Vorstellung der Ergebnisse im Rahmen eines Projektes „HEROES“ auf, in dem es um „Keramische Mehrlagenschaltungen für die Hochspannungssensorik“ geht. Es wurde für eine Hochvoltanwendung eine Alternative zu Al2O3-Keramik benötigt, die zur Gewährleistung der Spannungsfestigkeit vergossen werden muss. Als LTCC-Multilayer mit Widerstandsschichten in den Innenlagen konnte das Element mit besserer Performance erzeugt werden. Simulationen mit hochauflösenden PI-Pasten versprechen eine weitere Verbesserung. Um funktionale Integration im Sinne von Wärmemanagement ging es im Vortrag „Heat management and recovery system for electronics using micro-thermoelectric generators“ von Nesrine Jaziri, TU Ilmenau. Ebenfalls um Funktionalisierung keramischer Schaltungen ging es im Beitrag von Qaisar Muhammad von der VIA electronic, der sich mit „Screen-printed varistors for thick film and LTCC microcircuits“ beschäftigte. Partner für die Funktionspasten, im konkreten Falle spezieller Widerstandspasten mit Varistoreigenschaften, ist hier ebenfalls das IKTS.

Der erste Nachmittagsblock stand unter dem Thema Zuverlässigkeit. „Lebensdauermodellierung der Oberseitenkontaktierungen von SiC- Leistungshalbleitern“ lautete der Vortrag von Rasched Sankari, Robert Bosch GmbH, der sich mit dem Power Cycling an SiC-Dioden und MOSFET beschäftigt. Es wurde der Abgleich gemessener Werte im Belastungsfall zu modellierten Zusammenhängen betrachtet. „Laser stimulated transient thermal analysis: A novel measurement technique for semiconductor reliability characterization“ lautete der Titel des Beitrags von Hannes Schwan, Technische Hochschule Ingolstadt. Mit der Methode können thermische Interfaces von gefügten Halbleitern bewertet werden. Artem Ivanov, University of Applied Sciences Landshut, schloss den Block mit der Vorstellung seiner Arbeit zur „Schnellen Visualisierung vom Vibrationsverhalten elektronischer Baugruppen“ ab, die beispielhaft die Schwingungen bei verschiedenen Fixierungen einer Platine aufzeigte.

Corinna Niegisch bei ihrem Vortrag

Zu Beginn des Blocks Test und Qualifikation stellte Corinna Niegisch, Robert Bosch GmbH „In-situ Untersuchungen des Vernetzungsvorgangs von Epoxidharzen zur Detektion von Schwankungen in Verkapselungsprozessen elektronischer Bauteile“ vor. Während übliche Messmethoden für den Vernetzungsgrad von Moldingmaterialien zu Beginn und am Ende der Vernetzung oft nicht genau genug sind, wurden FT-IR-Spektren erfolgreich als eine Methode zum Nachweis chemischer Veränderungen herangezogen. Im Beitrag von Simon Kuttler, TU Berlin, zeigte er Ergebnisse seiner Arbeiten zur „Analyse des Schertests von Aluminium- Dickdrahtbonds“. Die Simulation von Schertests an den Bondstellen dient zur Beurteilung der Verbindungsqualität mit neuartigen Dickdrähten auf Aluminiumbasis. Unter anderem konnte das Ver- und Entfestigungsverhalten verschiedener Drahtsorten beim Schertest sichtbar gemacht werden. Einen Überblick über die Möglichkeiten der „Computertomografie in der AVT“ gab Steffen Wiljes vom Fraunhofer ISIT im Abschlussvortrag des ersten Konferenztages.

Alle Vortragenden, welche mit ihren Fachbeiträgen zum Gelingen der Konferenz beigetragen haben

An dieser Stelle möchten wir allen Vortragenden danken, dass sie mit ihren Fachbeiträgen zum Gelingen solcher Konferenzen beitragen!

Eine wichtige Funktion von Konferenzen ist durchaus das Networking. Deshalb ist es Tradition und wichtiges Element für fachlichen als auch netzwerkbildenden Austausch unter Fachkollegen, dass wir uns zu einem gemeinsamen Abend treffen. Der findet in den letzten Jahren–bis auf wenige Ausnahmen- im Augustiner statt und bietet gute Gelegenheiten, miteinander ins Gespräch zu kommen. Hier danken wir den Sponsoren für die finanzielle Unterstützung des Abends.

Am zweiten Konferenztag starteten wir mit Vorträgen zu Materialien und Prozessen, wo zu Beginn Adrian Bangerter von der MicroContact AG zu „Fine Pitch Kontaktierung“ referierte. Insbesondere ging er darauf ein, welchen Herausforderungen Testsysteme bei der Kontaktierung immer stärker miniaturisierter, teilweise flexibler Baugruppen unter Toleranzgesichtspunkten ausgesetzt sind. „Ultraschall Flip Chip Bonden mit Aluminium Pillars zur elektrischen Kontaktierung ohne Under Bump Metallization“ hatte Silvia Braun vom Fraunhofer ENAS ihren Vortrag überschrieben. Sie ging auf Tests und Untersuchungen zu flip-chip auf Arrays aus möglichst gleichmäßig hohen Bumps ein, die hohe Zuverlässigkeiten und Scherkräfte erreichen. Daniel Lieske, AEMtec GmbH, trug etwas zum „Wafer level solder bumping“ vor und ging auf übliche Anforderungen, verschiedene Verfahren zur Aufbringung der Bumps sowie praktische Ergebnisse ein. Miniaturisierungsgetrieben kommen z. B. Balls von 50µm zum Einsatz, was prozess- und materialseitig Herausforderungen mit sich bringt. Auch in die Richtung Miniaturisierung gehen Entwicklungen bei der Koenen GmbH, deren Christian Ossmann über „Innovation im Advanced Packaging durch 3D-Schablonendruck“ informierte. Sowohl sehr kleine Depots als auch der Mix kleiner und größerer zwingen zu besonderen Vorgehensweisen bei der Aufbringung der Pasten. Zudem spielen Toleranzen bei sehr kleinen Abmessungen eine immer stärkere Rolle.

Nach der letzten Ausstellungs- und Kaffeepause gab es die Abschluss-Session Zuverlässigkeit, die Markus Käß von der BMW AG begann. Sein Vortrag „Simulationsbasierte Zuverlässigkeitsbewertung von elektronischen Bauteilen auf Leiterplatten“ spannte den Bogen von DoE-Versuchen über die Ableitung von regressions- und physikalisch basierten Bauteilen und der Modellierung bis zur simulationsbasierten Lebensdauervorhersage von Bauteilen und Baugruppen. Die „Numerische Bewertung des thermischen Widerstands als Zuverlässigkeitsindikator für die Lötstellendegradation von diskreten SiC-MOSFETs“ war das Thema des Beitrags von Borja Kilian, TU Berlin. Auch hier war die thermische Anbindung von Leistungsbauteilen im Fokus, die unter dem Einfluss von Wechselbelastungen geschwächt wird und zum Ausfall führen kann. Den letzten Vortrag stellte Jens Schneider, ebenfalls von der TU Berlin, unter den Titel „Customized Design Libraries for Transmissions Line Structures“. Hier fühlten sich Interessenten von Hochfrequenzschaltungen angesprochen, die die Herausforderungen von impedanzkontrolliertem Design kennen. Die Autoren beschäftigen sich mit der Modellierung von HF-Strukturen beim PCB-Entwurf.

In seinen Schlussworten ging der 1.Vorsitzende Martin Schneider-Ramelow sowohl auf die gelungene Konferenz als auch auf ein paar Details aus der Mitgliederversammlung ein, informierte über die nächsten Veranstaltungen und Aktivitäten von IMAPS und dankte allen fürs Erscheinen.

Ausstellungsund Kaffeepause

IMAPS-Mitgliederversammlung 2023

Nach den Fachbeiträgen des 19.Oktober 2023 blieben des Mitglieder der IMAPS Deutschland e.V. zur jährlichen Mitgliederversammlung zusammen. Satzungsgemäß wird über das vergangene Jahr berichtet, sowohl bezüglich der Aktivitäten durch den 1.Vorsitzenden als auch zur wirtschaftlichen Situation des Vereins durch den Schatzmeister Ernst Eggelaar. Beide warben auch dafür, neue Fachkollegen für den Vereinsgedanken zu interessieren. Alle Mitglieder sind angesprochen, ihre positiven Erfahrungen mit IMAPS zu verbreiten und neue Mitstreiter zu interessieren.

Nach diesen Berichten wurde der Vorstand für das vorangegangene Jahr entlastet. In 2023 waren die Vorstandspositionen 1.Vorsitzender und Schriftführer neu zu wählen. In beiden Fällen wurden die Amtsinhaber Martin Schneider-Ramelow und Dirk Schade erneut für die nächsten 2 Jahre gewählt.

Danach gab es einen Ausblick auf anstehende Vereinsaktivitäten und Fachkonferenzen im kommenden Jahr. Die wichtigsten finden Sie immer hier in unserem Veranstaltungskalender. An dieser Stelle möchten wir bereits auf das Frühjahrsseminar hinweisen, das aktuell für den 20.2.2024 an der Hochschule Ingolstadt geplant wird und mit dem Slogan „Elektronik für das Auto von morgen“ den Themenfokus Automobilelektronik bekommt. Sobald es mehr Detailinformationen und das Programm dazu gibt, lesen Sie es in einer der nächsten Ausgaben bzw. auf unserer Website.

IMAPS Society Awards 2023

Prof. Jens MüllerDie IMAPS-„Dachorganisation“ verleiht traditionell Preise an Mitglieder, die sich für die internationalen Aktivitäten des Verbands verdient gemacht haben. In den verschiedenen Chaptern weltweit gibt es viele Mitglieder, die ihre Zeit, ihre Energie und ihr Fachwissen dafür einsetzen, dass unsere Branche eine solide Zukunft hat. Jedes Jahr ehrt IMAPS besonders engagierte Mitglieder der Gesellschaft, die eine so bemerkenswerte Arbeit geleistet haben, dass sie die Auszeichnung der Gesellschaft verdienen. In diesem Jahr erhielten neun verdiente Personen und ein Unternehmen die Awards, die den bedeutenden Einfluss jedes Geehrten auf die IMAPS Society und die Branche der Aufbau- und Verbindungstechnik öffentlich würdigen.

Im Rahmen des IMAPS-Symposiums, das vom 2.-5. Oktober in San Diego stattfand, wurde unser langjähriges IMAPS- und Vorstandsmitglied Prof. Jens Müller mit dem „Sidney J. Stein-International-Award“ geehrt. Für den Preis wird jährlich eine Person ausgewählt, die „… einen bedeutenden internationalen technischen Beitrag … eine Führungsrolle in der Mikroelektronik-Packaging-Branche geleistet hat, … an internationalen IMAPS-Aktivitäten … diese unterstützt hat, um die Branche des Electronic Packaging zu fördern … mindestens 5 Jahre Mitgliedschaft in einem internationalen IMAPS Chapter … (IMAPS Nordamerika)“ Das trifft auf Jens Müller eindeutig zu. Herzlichen Glückwunsch dazu!

Jens Müller erwarb 1992 sein Diplom in Elektrotechnik und 1997 seinen Doktortitel an der TU Ilmenau. Von 1997 bis 2005 war er in leitender Funktion in der Entwicklung der Micro Systems Engineering GmbH Berg tätig. Zu seinen Aufgaben gehörten die Forschung und Entwicklung medizinischer Implantate (insbesondere Herzschrittmacher) sowie die allgemeine Substrat- und Gehäuseentwicklung (z. B. LTCC, Flex-Circuits, Chip Scale Packaging).

Im Jahr 2005 kehrte er an die Technische Universität Ilmenau zurück, um die Nachwuchsgruppe „Funktionalisierte Peripherik“ aufzubauen. Im Juli 2008 wurde er zum ordentlichen Professor für das Fachgebiet Elektronik-Technologie ernannt. Sein Forschungsinteresse gilt der Funktionsintegration für keramikbasierte System-in-Packages unter Berücksichtigung von Aspekten des rauen Umwelteinsatzes und hoher thermischer / hochfrequenter Anforderungen mit einem starken Fokus auf LTCC, LTCC/Si- und LTCC/Glas-Verbundsubstrate. Von 2012 bis 2018 war er Direktor des Instituts für Mikro- und Nanotechnologien MacroNano® an seiner Universität und ist derzeit Vizepräsident für Internationale Angelegenheiten und Transfer. Er trat 1992 in IMAPS Deutschland ein und arbeitet im Vorstand, dessen er als 1. und 2. Vorsitzender zwischen 2000 und 2010 war. Darüber hinaus war er Organisator/Mitorganisator verschiedener nationaler und internationaler IMAPS-Konferenzen und unterstützte mehr als 13 Jahre lang als technisches Programmmitglied die SEMI Advanced Packaging Conference.

30 Jahre Fraunhofer IZM – Ein Rückblick

Ende der 1980er entstand die Idee zur Gründung des Fraunhofer-Instituts für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM. Aber, wie kommt man darauf? Warum war es so wichtig, sich mit den Themen zum Package auseinanderzusetzen?

Rolle-zu-Rolle Fertigung polymerelektronischer SchaltkreiseDie Grundidee stammte von Prof. Herbert Reichl, der 1987 den Lehrstuhl für Technologien der Mikroperipherik an der Technischen Universität Berlin übernahm. Zu dieser Zeit entwickelte sich die Mikroelektronik in Europa rasant. Die Schaltkreise wurden immer kleiner. Das Package hingegen blieb eher unverändert und damit meist äußerst ineffizient. Die Aufbau- und Verbindungstechnik musste also stärker in den Fokus gerückt werden.

Im Dezember 1993 schlossen sich unter der Leitung von Herbert Reichl insgesamt eine Gruppe von 21 Wissenschaftlern der TU und HU Berlin sowie der Akademie der Wissenschaften in Chemnitz zusammen. Der Beginn der Fraunhofer-Einrichtung für Zuverlässigkeit und Mikrointegration markiert damit auch einen wichtigen Eckpunkt im Zusammenwachsen der Forschung aus West- und Ostdeutschland. Ziel war , eine wettbewerbsfähige Aufbau- und Verbindungstechnik für die Industrie zu entwickeln.

Bereits im Gründungsjahr gelang ein wichtiger Durchbruch: Erstmals in Europa wurde die Verwendung kostengünstiger polymerer Leiterplatten für die Flip-Chip-Montage getestet, was die Chipherstellung effizienter machte. Die platzintensivere Drahtverbindung konnte durch eine Bump-kontaktierung ersetzt werden. Nur zwei Jahre später nahm das Institut die erste Flip-Chip-Assembly-Linie in Europa in Betrieb. Der Institutsstatus folgte kurz darauf. Ein zweiter Anwendungsfall fand sich schnell, denn Pixeldetektoren, wie sie in Teilchenbeschleunigern z. B. am CERN zum Einsatz kommen, haben mehrere Tausend Kontaktpads. Die Flip-Chip-Technologie zwischen Sensorelement und ASIC wurde entwickelt. Mit diesem Aushängeschild fanden sich bald neue Kunden auch aus kleinen und mittelständischen Unternehmen.

1998 wurde das Institut um eine Außenstelle in Teltow erweitert, welches sich den Themen rund um Polymermaterialien und Komposite widmet. Gleichzeitig entstanden verschiedene Projektgruppen mit der Universität in Paderborn und Chemnitz. In München wurde 2002 ein weiterer Institutsteil gegründet, der sich mit Rolle-zu-Rolle- und 3D-Wafer-Technologien beschäftigt. Heute ist dies ein komplett eigenständiges Institut.

Ein Institut für Zuverlässigkeit musste und muss sich stets neuen Herausforderungen stellen. Schaut man in Richtung neuer Einsatzgebiete für Mikroelektronik, kamen zunehmend dehnbare und flexible Materialien zum Einsatz. Ab 2003 rückten Fragestellungen zum Einsatz elektronischer Elemente in Kleidung in den Blickpunkt. 2005 konnte das erste in Kleidung integrierte Kommunikationssystem vorgestellt werden.

Jacke für einen Fahrradkurier, entwickelt vom Fraunhofer IZM in Kooperation mit Studenten der FHTW Berlin

Die nächsten Entwicklungsschritte erfolgte in Branchen wie der Automobil- und Industrieelektronik, Medizintechnik, IKT und Halbleiterindustrie. 2010, in dem Jahr, in dem Prof. Klaus-Dieter Lang die Leitung des Fraunhofer IZM übernahm, wurde der Standort in Dresden, das „All Silicon System Integration Dresden“ (ASSID), gegründet. Eine Mikrokamera, die nicht viel größer ist als ein grob gemahlenes Salzkorn und dadurch in eine Endoskopspitze passt, wurde hier vor mehr als 10 Jahren entwickelt.

Nach 20 Jahren kontinuierlichen Wachstums eröffnete das Institut 2017 die Start-A-Factory, eine einzigartige Prototypen-Linie, die speziell für Hardware-Start-ups konzipiert wurde. Gleichzeitig widmete sich das Institut dem Thema Nachhaltigkeit durch das Großprojekt „Green ICT,“ welches die Nachhaltigkeit von Informations- und Kommunikationstechnik verbessern sollte. Dies verdeutlicht das anhaltende Engagement für Umweltaspekte und Nachhaltigkeit. Heute, unter der Leitung von Prof. Martin Schneider-Ramelow, stellen sich über 400 Mitarbeiter neuen Herausforderungen in Bereichen wie Quantenelektronik, 6G, Zero-Power-Elektronik und hochperformante Systeme für außergewöhnliche Anwendungen und raue Umgebungsbedingungen.

Das Fraunhofer IZM kann auf eine 30-jährige Erfolgsgeschichte im Forschungsbereich Aufbau- und Verbindungstechnologie zurückblicken, und das wurde am 28. September 2023 in Berlin mit einem Symposium unter dem Titel „Crossing Frontiers in Microelectronics“ gefeiert (Näheres s. Beitrag der PLUS-Redaktion auf Seite 1605).

(Text: in Anlehnung an eine Zusammenfassung von N. Groll und S. Thoma)

Institutsleiter Prof. Martin Schneider-Ramelow (mit Schild) zusammen mit seinen Vorgängern, Prof. Klaus- Dieter Lang (links) und Prof. Herbert Reichl

Veranstaltungskalender

IMAPS Deutschland – Ihre Vereinigung für Aufbau- und Verbindungstechnik

IMAPS Deutschland, Teil der ‚International Microelectronics and Packaging Society' (IMAPS), stellt seit 1973 in Deutschland das Forum für alle dar, die sich mit Mikroelektronik und Aufbau- und Verbindungstechnik beschäftigen. Mit fast 300 Mitgliedern verfolgen wir im Wesentlichen drei wichtige Ziele:

• wir verbinden Wissenschaft und Praxis
• wir sorgen für den Informationsaustausch unter unseren Mitgliedern und
• wir vertreten den Standpunkt unserer Mitglieder in internationalen Gremien.

Impressum

IMAPS Deutschland e. V.
Kleingrötzing 1, D-84494 Neumarkt-St. Veit

1. Vorsitzender: Prof. Dr.-Ing. Martin Schneider-Ramelow, Institutsleiter Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM),
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Schatzmeister
(bei Fragen zu Mitgliedschaft und Beitrag):
Ernst G. M. Eggelaar, Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!

Ausführliche Kontaktinformationen zu den Vorstandsmitgliedern finden Sie unter www.imaps.de

(Vorstand)