Elektromagnetische und thermomechanische Charakterisierung und Zuverlässigkeitsbewertung

Zuverlässigkeitsoptimierung für die nächste Generation LED-basierter, intelligenter und komfortabler Beleuchtungslösungen

© Fraunhofer ENAS
2D-/3D-Waferlevel Integration eines Power Modules.
© Fraunhofer ENAS
Details des LED-Package Designs nahe eines Kupfer-TSVs.

Heutige Leuchtdioden sind mit ihrem Wirkungsgrad von bis zu 90 % nicht nur kleiner als die von Thomas Edison 1880 patentierte Glühbirne, sie bieten auch mehr Raum für innovative Lichtdesign-Lösungen. Ein interdisziplinäres Team von Experten aus 30 europäischen Unternehmen und Forschungsinstituten fand sich daher im EnLight-Projekt der EU zusammen, um nachhaltige und energieeffiziente Beleuchtungssysteme auf Basis von LEDs zu entwickeln, die Licht entsprechend den menschlichen Komfortanforderungen erzeugen sollen. Mitarbeiter des Micro Materials Center am Fraunhofer ENAS haben darin wertvolle Zuarbeiten zur Sicherung der Zuverlässigkeit neuer Designs und Fertigungsprozesse beigesteuert. Besonderes Augenmerk wurde auf 3D-Integration und thermische TSVs für moderne LED-Packaging-Lösungen gelegt. Multiple Versagensmodi wie Bruch, Delamination und Materialermüdung wurden mittels bruchmechanischer Ansätze, simulativem DoE und dem Einsatz von X-FEM analysiert. Lebensdauermodelle und Gestaltungshinweise wurden abgeleitet. Das Projekt EnLight wurde auf dem europäischen Nanoelektronik-Forum in Cannes mit dem ENIAC 2014 Innovation Award ausgezeichnet – als Beispiel für ein erfolgreiches europäisches Großprojekt, das jedem Partner entlang der gesamten Wertschöpfungskette jeweils spezifische Ergebnisse von hohem Nutzwert brachte, die anders nicht erreichbar gewesen wären.

© Fraunhofer ENAS
Crack propagation path of a crack initially located between the 2 TSVs during heat up from stress free temperature 60 °C to 430 °C.
© Fraunhofer ENAS
Award presentation at the European Nanoelectronics Forum in Cannes on November 26th-27th.
© Fraunhofer ENAS
K1-progress of both initial material interface crack vs. TSV diameter.