Fraunhofer IZM Forschungspreis 2008 verliehen

Computermodelle und Sensoren bringen Licht ins Dunkel der Baugruppenzuverlässigkeit: Zwei Experten des Fraunhofer IZM erhalten Forschungspreise für Ihre wegweisenden Experimente zur Verkapselung und Zuverlässigkeit mikroelektronischer Systeme.

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Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM

Sie sind klein, schwarz und überall anzutreffen: winzige Sensoren und Computerchips finden sich im Airbag genauso wie im Hörgerät. Damit die empfindlichen Bauteile zuverlässig arbeiten, müssen sie platzsparend und kostengünstig durch eine Polymerumhüllung geschützt werden.

Um die Hülle der Baugruppen schon vor dem Serienstart möglichst zuverlässig zu gestalten, werden die Herstellungsprozesse aufwändig am Computer simuliert, ein Spezialgebiet von Thomas Schreier-Alt. Der promovierte Physiker optimiert das Packaging von mikroelektronischen und mechatronischen Bauteilen mit numerischer Simulation.

Durch den Einsatz optischer Dehnmessstreifen im Bauteilinnern bringt der 39-Jährige zudem Licht ins Dunkel bereits bestehender Produktionsprozesse. Dabei werden faseroptische Dehnungssensoren – so genannte Faser-Bragg-Gitter – zusammen mit dem Verkapselungspolymer eingegossen. Durch solche Messtechniken lässt sich die Bauteilbelastung in zentralen Prozessschritten, etwa beim Einspritzen des Werkstoffs, dem bisweilen derben Auswerfen aus der Werkzeugform oder der spätere Materialschrumpf hinsichtlich Temperatur und Dehnung analysieren.

Werkstoffbedingte Mängel als Ausfallursache

Für seine wegweisenden Arbeiten erhielt Schreier-Alt am 18. Dezember den Forschungspreis des Fraunhofer IZM. Er teilt sich die Auszeichnung mit seinem Kollegen, Dr. Hans Walter, dessen Arbeiten nicht weniger spannend sind: Wenn das Handy nicht mehr reagiert oder das Auto plötzlich aus unerklärlichen Gründen stehen bleibt, dann liegen die Ausfallursachen häufig im Versagen eines oder mehrerer Werkstoffe bzw. deren Zusammenspiel in der jeweiligen mikroelektronischen Baugruppe.

Das Aufspüren und die Analyse solcher werkstoffbedingten Mängel ist Dr. Walters Spezialität. Für die thermo-mechanische Simulation und Optimierung der Zuverlässigkeit, insbesondere für die Generierung von Lebensdauermodellen, sind die richtige Auswahl von Werkstoffen und eine Vielzahl an Werkstoffkennwerten erforderlich, die an entsprechend kleinen Geometrien reproduzierbar und unter dem Einfluss der jeweiligen Umgebungsbedingungen ermittelt werden.

Geehrt wird Hans Walter für seine Experimente zur thermomechanischen Werkstoffcharakterisierung und die Analyse von Schadensfällen im Mikro-Nano-Bereich. Dafür wurden entsprechende Messmethoden und die dafür erforderlichen Prüfkörpergeometrien entwickelt bzw. angepasst. Solche Methoden finden zur Bewertung des zeit-, temperatur- bzw. feuchtigkeitssensitiven Werkstoffverhaltens in zahlreichen Projekten breite Anwendung.

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