Die Zuverlässigkeitsbewertung von Smart Systems basiert auf zwei grundlegenden Säulen – der Materialdatenbestimmung sowie der Zustands- und Schadensanalyse. Die Materialdatenbestimmung (erste Säule) ist aufgrund der fortschreitenden Bauteilminimierung sowie der erhöhten Anforderungen an die Umweltbeständigkeit von mikroelektronischen Komponenten und Smart Systems ein wichtiger Bereich in der Forschung und Entwicklung.
Für die Bewertung der Zuverlässigkeit liefert die Gruppe Analytik und Charakterisierung einerseits Materialdaten in Abhängigkeit des Geometrieeinflusses und des Belastungsszenarios (mechanische und thermische Beanspruchung, Feuchte). Andererseits beschäftigt sie sich mit der Implementierung von realbedingungsnahen Testmethoden, um den wachsenden Anforderungen an die experimentelle Analytik gerecht zu werden. Das Fraunhofer ENAS verfügt neben personellem Knowhow über ein breites Spektrum an Untersuchungsmethoden:
- Materialdatenbestimmung (E-Modul, Härte, CTE, Temperaturbeständigkeit, Zersetzung, Zusammensetzung, Glasübergang)
- Generierung von Materialmodellen
- Thermische Verformungsmessung (in-plane, out-of-plane)
- Mikro- und Nanobelastung
- Bruchparameterbestimmung
- Spannungsanalyse
- Spektroskopie
- Elektromagnetisches Verhalten
„Physics of Failure“ (PoF) stellt die zweite Säule der experimentellen Analyse zur Bewertung der Zuverlässigkeit dar. Mittels zerstörungsfreier, zerstörender und in-situ-Werkstoffprüfung werden die Fehlerquellen und das daraus resultierende Versagensverhalten analysiert und bewertet. Ebenfalls dienen diese Verfahren zur Ermittlung von Effekten und Wechselwirkungen, welche zu Drift und Degeneration von Funktionsparametern führen und somit letztendlich einen Ausfall von Mikro- und Nanosystemen zur Folge haben. Sie sind damit sowohl Eingangsparameter sowie Validierung für die Simulation. Für die Zustands- und Schadensanalyse stehen unter anderem zur Verfügung:
- Röntgencomputertomographie
- Materialographie
- REM und FIB Analyse
- Ultraschallmikroskopie
- Spektroskopische Messtechnik
Alle Zweige stehen sowohl autonom als Dienstleistung als auch in Kombination mit modernsten Simulationstechniken für die Zuverlässigkeitsbetrachtung zur Verfügung. Mittels experimenteller Analysen, der Charakterisierung von Beanspruchungsgrenzen und modernster Simulationstechniken können die Zuverlässigkeitsrisiken neuartiger Technologien und Produkte quantifiziert und in Lebensdauermodelle überführt werden. Das findet ebenfalls seine unmittelbare Anwendung im Entwurf der neuen Systeme (Design for Reliability).