Systemsimulation zur Bewertung potenzieller Zuverlässigkeitsprobleme von Elektronik

Systemsimulation zur Bewertung potenzieller Zuverlässigkeitsprobleme von Elektronik (Bild: Fraunhofer IIS/EAS, Oliver Killig)

| von Martin Large

Dazu wollen die am Forschungsprojekt Intelligent Reliability 4.0 beteiligten Unternehmen und Forschungsinstitute die Zuverlässigkeit elektronischer Systeme entlang der gesamten Wertschöpfungskette optimieren – vom Wafer über den Chip und sein Package bis hin zum kompletten System. Sie alle wollen dazu beitragen, dass besonders große Zuverlässigkeit ein zentraler Bestandteil von Elektronik ‚Made in Europe‘ wird.

Das Projekt gliedert sich in acht Arbeitspakete, die sich mit Aspekten wie Anforderungen, theoretische Grundlagen, Materialien und Testverfahren bis hin zu Pilotanwendungen beschäftigen. Infineon wird insbesondere seine Erfahrung in der Chip- und Gehäuse-Technologie einbringen.

In 16 konkreten Anwendungsfällen aus den Bereichen Energie, Transport und Industrie sowie weiteren 18 Fabrikpiloten sollen die erarbeiteten Methoden und Prozesse zur Verbesserung der Zuverlässigkeit verifiziert werden. „Wir sind sehr gut in die Projektarbeit gestartet. Anforderungen und Spezifikationen für die Überprüfung der Ergebnisse unserer Arbeiten haben wir bereits festgelegt“, sagt Projektleiter Dr. Klaus Pressel von Infineon Technologies. „Unser Ziel ist es, Fertigungsprozesse in der Mikroelektronik mit Hilfe optischer Methoden und Sensoren zu verbessern, um die Fehlerrate in der Produktion zu senken, die Qualität zu erhöhen und schließlich maximale Zuverlässigkeit bei neuen Produkten zu erreichen.

Zuverlässigkeitsbewertung als Standardprozess im Elektronik-Entwurf

Einer der beteiligten Projektpartner, das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen (IIS) in Dresden, speziell der Institutsteil Entwicklung Adaptiver Systeme (EAS), entwickelt hierfür Simulationen, mit denen Elektronikdesign-Teams zukünftig effizient potenzielle Zuverlässigkeitsprobleme von integrierten Schaltungen und kompletten elektronischen Systemen bewerten können – und zwar bereits vor ihrer Fertigung. Denn Entwicklerteams werden zukünftig noch stärker als heute vor der Aufgabe stehen, elektronische Bauteile und Komponenten zu entwerfen, die besonders robust und langlebig, aber nicht überdimensioniert sind. Können sie bereits in der Designphase die Zuverlässigkeit ihrer Entwürfe genau prognostizieren, kann dieser Faktor deutlich zielgerichteter berücksichtigt werden.

Über das Projekt iRel40

Unter Federführung der Infineon Technologies bündeln 75 Wissenschafts- und Wirtschaftspartner aus dreizehn europäischen Ländern ihre Kräfte im Projekt ‚Intelligent Reliability 4.0‘, kurz iRel40. Die weitaus meisten Projektpartner, 24, kommen aus Deutschland. Die EU fördert das Projekt im Rahmen des ECSEL-Programms (Electronic Components and Systems for European Leadership). Aus Deutschland kommt finanzielle Unterstützung vom Bundesministerium für Bildung und Forschung sowie von den Bundesländern Sachsen und Thüringen. Das Projekt wird noch bis April 2023 laufen. Weitere Informationen zum Projekt und den Projektpartnern sind auf der Internetseite des Forschungsprojekts www.irel40.eu zu finden.

„In heutiger Standard-Entwurfssoftware für integrierte Schaltungen sind zwar bereits Alterungssimulationen vorhanden, allerdings verursachen sie noch einen enormen zusätzlichen Aufwand in den ohnehin bereits kritischen Verifikationsschritten“, erläutert Dr. André Lange, Projektleiter am Fraunhofer IIS/EAS. Deshalb sollen eine neu entwickelte Methodik sowie Modelle entstehen – sowohl für elektronische Systeme im Allgemeinen als auch für integrierte Schaltungen im Speziellen. Dafür arbeiten die Wissenschaftler zum einen an hybriden Ansätzen für Modelle zur Systemsimulation. Diese Modelle verbinden unter dem Schlagwort ‚Physics-of-Failure‘ Wissen zu den physikalischen Mechanismen mit Ansätzen, die auf statistischen Daten über Ausfälle im Einsatz beruhen. An virtuellen Systemen lassen sich damit die wesentlichen notwendigen Informationen gewinnen. Zum anderen wollen sie IC-Designer beim Sicherstellen ihrer Zuverlässigkeitsziele ganz konkret unterstützen. Ziel ist es, den bereits bestehenden Ablauf von Alterungssimulationen aufzugreifen und abzukürzen, um eine universell anwendbare Methodik zur Zuverlässigkeitsbewertung als Standardprozess im Elektronikentwurf zu integrieren. „Final sollen unsere Ergebnisse in die gängigen Designtools implementiert werden und für eine effiziente Bewertung potenzieller Zuverlässigkeitsprobleme zur Verfügung stehen. Und das in zahlreichen Halbleitertechnologien“, so Lange weiter.

martin Mischitz, Infineon, stellt Work package 4 des Projekts iRel40 vor

(dw)

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