Mikroelektronik neu gedacht am MCL

"Unser Wissen reicht vom Aufbau und den Eigenschaften im Nano-Bereich bis zum Verhalten von elektrischen Geräten"

Immer mehr Funktionen und höhere Leistung auf immer weniger Raum: Das ist der Trend der Mikroelektronik. Damit treffen unterschiedlichste Werkstoffklassen auf kleinstem Raum und in dünnsten Schichten unter immer extremeren Bedingungen aufeinander. Mechanische, elektrische und thermische Belastungen auf den Werkstoffverbund haben einen immer stärkeren Einfluss auf die Langlebigkeit und die Sicherheit mikroelektronischer Geräte, deren Funktionsvielfalt durch die Implementierung von modernsten Sensoren noch zusätzlich gesteigert wird. Im Zusammenspiel von Werkstoffkenntnis, Prozesstechnik, Analysen und Simulationen liefert das MCL einen wichtigen Puzzlestein für laufende Innovationen.

Größte Perfektion im Kleinsten

Die Materialforschung im Nano- und Mikrometerbereich wird immer wichtiger, um die Leistungsfähigkeit und die Ausfallsicherheit mikroelektronischer Teile zu gewährleisten und um gezielt neue funktionale Sensorsysteme herstellen zu können. Durch die Miniaturisierung von elektrischen Bauteilen bei gleichzeitiger Funktionssteigung werden die mechanischen, thermischen und elektrischen Belastungen auf die eingesetzten Materialien immer größer und können in weiterer Folge zum Versagen des Bauteils führen. Zeitgleich ermöglichen Nano-Materialien neue Anwendungen. Die Forschungsarbeiten am MCL sorgen dafür, dass innovative Neuentwicklungen mit hoher Ausfallsicherheit in kurzer Zeit umsetzbar sind und damit die Entwicklungskosten entsprechend gesenkt werden können.

Prozesse

"Schrittweise gemeinsam zur Perfektion."

Das MCL verfügt über umfangreiche Methodenbaukästen und ein weitreichendes Wissen über die Prozesstechnik in der Herstellung elektronischer Komponenten. Zur optimalen Begleitung unserer Partner und Auftraggeber werden zwei unterschiedliche Zugänge angeboten:

Schichtabfolge einer Rückseitenmetallisierung.

Simulation des Rissfortschritts in Schichten eines Elektronikbauteils.

In der Begleitung von Industrieprozessen liegt das Hauptaugenmerk auf den Material- und Bauteilbelastungen während der Herstellung. Dabei werden z.B. die Entwicklung von inneren Spannungen und deren Zusammenhang mit dem Design der herzustellenden Komponenten untersucht und mit komplexen Prozesssimulationen nachvollzogen. Für die gekoppelte Prozess- und Materialentwicklung verfügt das MCL am Standort Leoben und an einem Kooperationsstandort in Wien über eine Prozesskette zur Entwicklung von Gassensoren auf Si-Chips. Dabei stehen innovative Materialien für die Sensorik und deren Herstellung mittels CMOS-kompatiblen Technologien im Vordergrund.

Begleitende Technologien

Packaging und Embedding | Bonding | Through Silicon Vias | Prozess-Modellierung mechanischer und thermischer Belastungen zur Designoptimierung

Technologien am Standort

Spraypyrolyse | Prozesskette für Dünnschicht- und Nanowire-Gassensoren auf 8 Zoll Wafer | Strukturierung

Ausfallsicherheit und Systemverhalten im Einsatz

"Die Bedingungen für Zuverlässigkeit."

Das MCL bietet unterschiedliche Testmethoden zur Bestimmung der Haltbarkeit von elektronischen Komponenten. Der Fokus liegt auf thermischer, elektrischer und mechanischer Charakterisierung der Bauteile und der eingesetzten Werkstoffe. Mit Hilfe von weit entwickelten numerischen Analysen wird der Kreis zwischen Funktionsbeurteilung, Zuverlässigkeitsbewertung bis hin zu vorausschauenden Zuverlässigkeitsanalysen geschlossen. Diese Kenntnisse werden zum Design von neuen, zuverlässigen Produkten verwendet.

Untersuchung eines Silizium-Wafers im Scanning Acoustic Microscope. Die Ringstrukturen zeigen in der Aufsicht die elektrischen Verbindungen aus Metall durch das Silizium-Substrat.

Untersuchung einer Leiterplatte (PCB) im Computertomographen. Besonders gut sichtbar sind die Leiterbahnen auf den verschiedenen Ebenen sowie die Kontakt-Pads.

Schwerpunktthemen

3D-integrierte Komponenten und Systeme | Thermische Bewertung von Packages | Nanosensorenentwicklung

Testmethoden

Thermo-mechanische Tests | Elektronische Tests | Kopplung mechanischer, thermischer und elektrischer Testverfahren | Eigenspannungsbestimmung im Package mittels XRD

Analytische Methoden

Zerstörungsfreie Charakterisierung mittels Computertomographie und akustischer Mikroskopie | Zerstörend mittels Zielpräparation, Lichtmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie mit Focused Ion Beam-Technologie, Electron Backscatter Diffraction | Materialcharakterisierung mittels Indentationsverfahren und Rasterkraftmikroskopie | Materialcharakterisierung mittels mikrodynamisch-mechanischer Analyse | Sensorprüfstand

Simulationsleistungen

Materialmodellierung – Erstellung von Materialmodellen | Modellierung mechanischer und thermomechanischer Beanspruchung | Grenzflächen | Modellierung von Rissbildung und -wachstum | Optimierung von Design hinsichtlich thermischem Management und Spannungen

Beispiele

"Wir designen Nanosensoren für mikroelektronische Bauteile."

Das MCL koordiniert im Auftrag der EU ein Projekt mit 17 Partnern zur Integration von Nanosensoren in mikroelektronische Bauteile. Ziel des Projekts ist es, extrem kleine Sensoren zu entwickeln und in Computerchips zu integrieren. Damit könnte dann ein Smartphone Freiluftsportler vor zu hohen Ozonwerten, Stadtbewohner vor zu hohen Feinstaubwerten, Landwirte vor Silogasen oder Strandgäste vor zu hoher UV-Belastung warnen. Auch in der Gebäudetechnik eröffnen Nanosensoren neue Möglichkeiten: Netze aus Infrarot-Sensoren können Brandherde lokalisieren und den genauen Aufenthaltsort von Rettungsbedürftigen angeben. Durch den Einsatz von Nanosensoren können Klimaanlagen nicht nur durch die Raumtemperatur, sondern auch durch den CO₂-Gehalt der Raumluft gesteuert werden und damit energieeffizienter arbeiten.