Studie von Through-Silicon-Vias (TSV) mit elektro-thermo-mechanischen (ETM) Simulationen
Sonstige
Bearbeitungsstatus:
offen
Betreuer:
- Koffel, Stephane (FHG-IISB, Tel. 09131/761-375, E-Mail: stephane.koffel@iisb.fraunhofer.de)
- Prof. Dr. rer. nat. Lothar Frey
Beschreibung
geeignet für Studienfach: Elektrotechnik
In der jüngsten Vergangenheit ist in der Industrie ein deutlicher Trend zur 3D-Integration von integrierten Bauelementen zu verzeichnen. Die vertikale Stapelung erlaubt nicht nur eine wesentlichen Steigerung der Integrationsdichte, sie erlaubt auch eine heterogene Integration von Chips mit unterschiedlichen Substratma-terialien sowie von passiven Bauelementen, aktiven Bauelementen wie Leistungsschaltern, Sensoren, Mikrosystemen etc. Typische Anwendungen wäre die vertikale Integration eines Sensors mit einer entspre-chenden Auswertelogik oder die Integration von Leistungsschaltern und Logik-ICs.
Ein Kernelement der 3D-Integration sind elektrische Durchführungen durch den kompletten Chip (Through-Silicon-Vias, TSV), Verdrahtungslagen zwischen den TSVs und Umverdrahtungslagen (Redistribution Layer, RDL) zwischen TSVs und den Anschlüssen, meist Lothöckern. Die Herstellung von TSVs erfolgt durch Trockenätzen, die Abscheidung eines Dielektrikums und die Verfüllung mit einem Metall. Ein wesentliches Problem bei TSVs für den Betrieb liegt in den unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der verwendeten Materialien. Diese können über thermisch induzierte, mechanische Spannungen zum Ausfall führen. Zur Einsparung von Kosten wird in der Industrie seit Jahren die numerische Simulation der entspre-chenden Prozesse verwendet. Die entsprechenden Werkzeuge stehen zur Verfügung. Für die Simulation der elektro-thermo-mechanischen speziell kommt mit ANSYS der Industrie-Standard zum Einsatz.
Das Ziel der Arbeit ist die Simulation der Herstellung von TSVs und der bei Temperaturänderungen zu erwartenden mechanischen Spannungen. Die entsprechenden Ergebnisse sollen wieder zu einer Optimierung der Herstellung von TSVs in Bezug auf die die von der Anwendung verlangten Eigenschaften verwendet werden.