Forschungsprofil

Das Fachgebiet „Werkstoffe der Hetero-Systemintegration“ befasst sich vorwiegend mit materialtechnischen Fragestellungen aus dem Bereich der Aufbau- und Verbindungstechnik (engl. Packaging) von heutzutage zumeist heterogen aufgebauten Mikrosystemen. Bei der Hetero-Systemintegration werden die einzelnen Komponenten (Chips, Sensor- und Aktuatorelemente, mikro-mechanische oder –optische Bauteile usw.) über Systemintegrations-komponenten (Substrate, Verbindungselemente, Gehäuse) miteinander verbunden. Insbesondere der Trend zur Multifunktionalität, Miniaturisierung und gesteigerter Belastungsfähigkeit bedeutet für die so entstehenden Hetero-Mikrosysteme, dass oftmals alle Werkstoffklassen (metallisch, organisch und nicht-metallisch anorganisch aber auch Verbundwerkstoffe) auf kleinstem Raum integriert werden müssen.

Allein die Unterschiede bzgl. der linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten dieser diversen Materialien als da neben den Halbleiterbauelementen die Metalle für die elektrische Leitung und Kontaktierung sind, ferner die Polymere häufig als Schaltungsträger oder zur Verkapselung aber auch Keramiken und Gläser als Schaltungsträger oder Isolatoren. Dies führt zu Herausforderung bei typischen Belastungsszenarien im Feld durch z.B. thermomechanische Wechselbeanspruchung. Daraus resultieren beispielsweise Ermüdungsrisse bei den Metallen, Gewaltbrüche in den Chips, Keramiken oder Gläsern oder es kommt zu Delaminationen z.B. an Grenzflächen von Polymeren zu Metallen. Deshalb ist werkstoffkundliches Fachwissen bei der Hetero-Systemintegration ebenso unabdingbar wie das sog. „Physics of Failure“ Verständnis. Vielfach werden zur Vermeidung bzw. Verzögerung oben genannter Fehlermechanismen zunehmend maßgeschneiderte Verbundwerkstoffe entwickelt und eingesetzt.

In diesem Zusammenhang erreicht die Werkstoffkunde auf dem Gebiet der Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT) bei der Hetero-Systemintegration zunehmend eine führende Rolle. Und es leitet sich daraus auch direkt der Bedarf nach einem tiefgehenden werkstoffkundlichen Verständnis für die richtige Auslegung der Hetero-Mikrosysteme sowie die Wichtigkeit der richtigen Auswahl der einzusetzenden Materialien zur Nutzung sämtlicher Werkstoffpotenziale für zukünftige Aktivitäten auf diesem neuen Fachgebiet der Lehre und Forschung insbesondere im Bereich „Elektrotechnik“ ab.