Die Überprüfung der Zuverlässigkeit ist ein wichtiger Schritt bei der Entwicklung von mikroelektronischen Systemen. Für solche Qualifizierungstests muss zunächst ein Prototyp aufgebaut werden, der teilweise langwierigen Experimenten unterzogen wird. Anschließende Änderungen im Design müssen wiederum auf den Prototypen übertragen und erneut getestet werden. Das macht diesen Prozess teuer, langsam und nur begrenzt anpassbar.

Diese Nachteile lassen sich umgehen, indem man Simulationsmodelle einsetzt. Übliche Simulationsansätze eignen sich jedoch nur für einzelne Bauteile und nicht für komplexe Baugruppen. Erschwerend kommt hinzu, dass die für eine realistische Modellierung notwendigen Daten von den Komponentenherstellern nicht veröffentlicht werden, um ihr geistiges Eigentum (Intellectual Property, IP) zu schützen.

Neuer Workflow für Zuverlässigkeitssimulationen

Im Projekt »mikroVAL« wollen zehn Partner aus Forschung und Industrie, darunter das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS, einen Workflow entwickeln, in dem verschiedene Ansätze zur Simulation von Qualifizierungstests vereint werden. Damit soll der notwendige Aufwand für diese Tests reduziert oder sogar komplett ersetzt werden.

Über hochmoderne Modellierungsprinzipien, wie Reduced-Order-Modelling (ROM), kann die Berechnungszeit reduziert werden, ohne dass die Genauigkeit abnimmt. Das ermöglicht die Bewertung mehrerer Systeme, und damit größerer Baugruppen in einem Schritt. Dabei bleibt der IP-Schutz für die Komponentenhersteller erhalten, da nur Informationen zur Schnittstelle und dem Verhalten aus den Simulationsmodellen weitergegeben werden. Neu ist, dass die so erstellten Komponenten-Modelle mehrfach wiederverwendet und in immer komplexere Systeme integriert werden können. Am Fraunhofer IKTS wird dabei die Bewertung der Lötverbindungen fokussiert.

In bisherigen Versuchen, die Qualifizierung zu simulieren, werden Wechselwirkungen zwischen den mikroelektronischen Bauteilen und dem Gehäuse häufig nicht betrachtet. Diese sind jedoch für die Zuverlässigkeit von großer Bedeutung und sollen daher im neuen Ansatz berücksichtigt werden.

Perspektivisch reduziert der Einsatz des im Projekt entwickelten Workflows die Kosten und den Aufwand für die Entwicklung zuverlässiger Mikroelektronik noch deutlicher. Das setzt Anreize, mehr langlebige Produkte zu entwickeln, was wiederum zur Schonung von Ressourcen beiträgt.

Über das Projekt

Das Projekt »mikroVAL« (Micoelectronics Validation) läuft von Februar 2024 bis Januar 2028 und wird mit 1,88 Mio. Euro vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert. Die Industriepartner Hella GmbH, Robert Bosch GmbH, Siemens AG, BMW AG und Budatec GmbH fördern das Projekt mit weiteren 420 000 Euro. Am Projekt sind außerdem das Fraunhofer IZM, das Fraunhofer IKTS, die Technische Universität Dresden, die Technische Universität Berlin sowie die Jade Hochschule beteiligt.