© Slejven Djurakovic-Unsplash / Padlock free icon: Flaticon.com, Montage: Fraunhofer IMWS
Um Elektronik sicher und zuverlässig einzusetzen, muss man nachvollziehen können, was sie macht und wie sie aufgebaut ist.

Vernetzungsplattform für vertrauenswürdige Elektronik#

Um Elektronik sicher und zuverlässig einzusetzen, muss man nachvollziehen können, woher sie kommt, ob sie richtig funktioniert und dass keine Hintertüren für sogenannte Hardware-Trojaner eingebaut sind. Das Plattformprojekt »Velektronik«, an dem das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle (Saale) beteiligt ist, will hierfür neue Lösungskonzepte für alle Bereiche der Elektronikentwicklung und -fertigung erarbeiten.

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Arbeitsplatz im Elektronenmikroskopielabor

Sicherheitslücken auf der Nanoskala aufspüren#

Das moderne Leben und die fortschreitende Digitalisierung hängen entscheidend von elektronischen Systemen ab. Spektakuläre Cyber-Attacken in der Vergangenheit haben die Verwundbarkeit solcher Systeme gezeigt. Das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS geht Risiken gemeinsam mit der Abteilung Security in Telecommunications der Technischen Universität Berlin auf den Grund.

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Ultraschallmikroskopie Elektronik
© Fraunhofer IMWS
Im Projekt werden unter anderem Methoden der akustischen Mikroskopie zur Fehlerdiagnostik genutzt.

Neue Methoden für die Fehleranalyse von elektronischen Bauteilen und Systemen#

Mehr Zuverlässigkeit von elektronischen Komponenten und Systemen durch Reduzierung der Fehlerrate entlang der Wertschöpfungskette: Mit diesem Ziel arbeiten 75 Partner aus 14 europäischen Ländern unter der Federführung der Infineon Technologies AG im Forschungsprojekt »IREL 4.0« zusammen. Das Fraunhofer IMWS entwickelt darin neue Konzepte und Methoden für die physikalische Fehleranalyse und das Erstellen von Versagensmodellen.

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PV Wechselrichter Lebensdauer
© SMA Solar Technology AG
Die Stromerzeugung mit Photovoltaik (hier eine Freifeldanlage mit Batterieanbindung in Templin) könnte durch neue Methoden zur Lebensdauervorhersage günstiger werden.

Zuverlässigkeit und Lebensdauer von Photovoltaik- und Batterie-Wechselrichtern verlässlich vorhersagen#

Eine effiziente und verlässliche Methodik für die Zuverlässigkeits- und Lebensdauer-Vorhersage von Wechselrichtern für Photovoltaik und Batteriespeicher-Anwendungen will das Fraunhofer IMWS gemeinsam mit Partnern im Projekt »Reliability Design« entwickeln.

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Lock-In-Thermographie Mikroelektronik
© Fraunhofer IMWS
Zerstörungsfreie Diagnostikmethoden wie die Lock-In Thermographie sind einer der Schwerpunkte im Projekt.

Zuverlässige Mikroelektronik durch Fehleranalyse mit Künstlicher Intelligenz#

Der Einsatz von Methoden des maschinellen Lernens bietet neuartige Mög-lichkeiten zur Automatisierung und damit Effizienzsteigerung der Fehlerdiag-nostik von Elektronikbauteilen und -systemen. Gemeinsam mit Partnern will das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle (Saale) dafür den Weg bereiten.

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© KME Germany
Mit Laser-Powder-Bed-Fusion (LPBF) gefertigte Kühlkörperstrukturen aus Kupfer

Hochwärmeleitfähige Kupfer-Bauteile als Hochleistungskühlkörper aus dem 3D-Drucker#

Additive Fertigungsverfahren erschließen immer mehr Anwendungsgebiete und werden zunehmend relevanter für die Industrie. Gemeinsam mit dem Kupferhalbzeughersteller KME möchte das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in einem neuen Projekt den Einsatz von additiven Fertigungstechnologien für hochwärmeleitfähige Bauteile aus Kupfer und Kupferlegierungen erforschen.

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Elektronik

Abriss Diagnostik Erkennung Ebene
© Fraunhofer IMWS
Reißen an einem Mikrochip Kontakte, lässt sich das nur unter dem Mikroskop erkennen.

Im Geschäftsfeld „Werkstoffe und Bauelemente der Elektronik“ untersucht das Fraunhofer IMWS Bauelemente, Systeme und Materialien der Elektronik, beispielsweise  integrierte Halbleiterschaltkreise, Sensoren sowie elektronische Bauelemente und Baugruppen. Diese werden umfassend analysiert und getestet, um den Zusammenhang zwischen den technologischen Herstellungsprozessen und Einsatzbedingungen, den Mikrostruktur- und Materialeigenschaften und den davon abhängigen Funktionseigenschaften im Detail zu verstehen. Dafür setzen wir komplexe leistungsfähige Methoden ein, die zerstörungsfreie Analytik, höchstauflösende Methoden der Elektronenmikroskopie und Festkörperspektroskopie, Verfahren der Oberflächen- und Spurenanalytik sowie mechanische Materialcharakterisierung, Modellierung und numerische Simulation umfassen.

Schwerpunkte unserer Arbeiten bilden u.a. die mikrostrukturelle Prozessbewertung bei der Einführung innovativer Technologien sowie die schnelle und kundenorientierte Aufklärung von Fehlerursachen und von Defektbildungen. Die Ergebnisse fließen in die Herstellungsprozesse der Kunden ein und tragen zur Steigerung von Qualität und Zuverlässigkeit der Systeme in der Anwendung bei. Unsere Kunden und Partner kommen vor allem aus der Zuliefererkette der Automobilelektronik, aber auch aus der Kommunikationstechnik, Medizin- und Consumerindustrie, der Leistungselektronik für die Energie- und Industrietechnik sowie aus dem Bereich der Materialzulieferer sowie der Gerätetechnik für Herstellung, Diagnostik und Test.

 

In unseren Forschungsprojekten mit Industriekunden oder im Bereich der öffentlichen Förderung untersuchen wir Elektronikkomponenten entlang der gesamten Fertigungskette vom Wafer bis zur Baugruppe in der Endanwendung:

Halbleiterwafer und -chips (IC, Sensoren, Leistungselektronik, Optoelektronik) der Si-Technologien, GaN und SiC

Materialien und Bauelemente der Aufbau- und Verbindungstechnik, Leistungselektronik-Module

Elektronik-Baugruppen und -systeme, z.B. im Automobil

 

Unsere Leistungen konzentrieren sich dabei auf folgende Aufgabengebiete:

Prozessbewertung mittels mikrostruktureller Analyse in der Elektronikentwicklung, insbesondere bei der Einführung  innovativer Anlagentechnik und neuer Materialien

Komplexe Fehlerdiagnostik für Feldrückläufer, Verfolgung von Ausfallursachen in Qualifizierung oder in der Fertigung

Weiterentwicklung von Verfahren für Qualitätsüberwachung, Prüfung, Defektanalytik und Test