Numerische Optimierung von elektrischen Kontaktelementen

In der Prozesskette der Herstellung von integrierten Schaltungen spielt die mikroelektronische Prüfung eine wichtige Rolle. Da integrierte Schaltungen einer andauernden Größenreduktion ausgesetzt sind, muss die Branche der mikroelektronischen Prüfung dieser Veränderung ebenfalls folgen. Die Prüfung dieser Schaltungen erfolgt durch einen temporären Kontakt mittels Kontaktelementen, die in einer so genannten Prüfkarte eingebaut sind. Da die Abstände zwischen den Kontaktpads integrierter Schaltungen immer kleiner werden, gilt dies auch für besagte Kontaktelemente. Dementsprechend entwickelt sich die Branche der mikroelektronischen Prüfung hin zu Fertigungsverfahren, die auf MEMS-Technologien basieren.
In dieser Arbeit wird ein neues Kontaktelement vorgestellt, welches auf UV-LIGA und der Buckling-Beam-Methode basiert. Für die Entwicklung des Kontaktelements wurden nanokristallines Nickel und röntgenamorpher Nickel-Phosphor materialwissenschaftlich untersucht, um ihre Eignung als Kontaktelementmaterial zu prüfen. Außerdem wurde für die numerische Simulation des Kontaktiervorgangs ein reibungsfreier Kontaktsolver, der am University College in Dublin für die Open-Source-Software OpenFOAM entwickelt wurde, um Reibung ergänzt und validiert. Ein Fertigungsprozess wie das UV-LIGA-Verfahren machen numerische Simulationen unerlässlich, da die Herstellung von Prototypen mit geringen Stückzahlen sehr teuer ist. Mit dem entwickelten Kontaktsolver wurden Simulationen der Kontaktierung des Kontaktelements durchgeführt. Außerdem wurde das Kontaktelement in röntgenamorphem Nickel-Phosphor gefertigt und Experimente zur Validierung der Funktion des Kontaktelements und der Simulation durchgeführt.

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In der Prozesskette der Herstellung von integrierten Schaltungen spielt die mikroelektronische Prüfung eine wichtige Rolle. Da integrierte Schaltungen und deren Komponenten (wie zum Beispiel elektronische Bauteile und Kontaktpads) einer andauernden Größenreduktion ausgesetzt sind, muss die Branche der mikroelektronischen Prüfung dieser Veränderung ebenfalls folgen. Die Prüfung dieser Schaltungen erfolgt durch einen temporären Kontakt mittels Kontaktelementen, die in einer so genannten Prüfkarte eingebaut sind. Da die Abstände zwischen den Kontaktpads integrierter Schaltungen immer kleiner werden, gilt dies auch für besagte Kontaktelemente. Dementsprechend entwickelt sich die Branche der mikroelektronischen Prüfung hin zu Fertigungsverfahren, die auf MEMS-Technologien basieren (z.B. UV-LIGA und Silizum-Technologie).

In dieser Arbeit wird ein neues Kontaktelement vorgestellt, welches auf UV-LIGA und der Buckling-Beam-Methode basiert. Aufgrund der hohen Anforderungen an die Festigkeitseigenschaften des Kontaktelementmaterials wurde eine Übersicht über nanokristalline und amorphe Materialien gegeben. Für die Entwicklung des Kontaktelements wurden nanokristallines Nickel und röntgenamorpher Nickel-Phosphor materialwissenschaftlich untersucht, um ihre Eignung als Kontaktelementmaterial zu prüfen. Außerdem wurde für die numerische Simulation des Kontaktiervorgangs ein reibungsfreier Kontaktsolver, der am University College in Dublin für die Open-Source-Software OpenFOAM entwickelt wurde, um Reibung ergänzt und validiert. Ein Fertigungsprozess wie das UV-LIGA-Verfahren machen numerische Simulationen unerlässlich, da die Herstellung von Prototypen mit geringen Stückzahlen sehr teuer ist. Mit dem entwickelten Kontaktsolver wurden Simulationen der Kontaktierung des Kontaktelements durchgeführt. Außerdem wurde das Kontaktelement in röntgenamorphem Nickel-Phosphor gefertigt und Experimente zur Validierung der Funktion des Kontaktelements und der Simulation durchgeführt. Weiterhin wurde es unter nahezu realen Testbedingungen in einem Wafertestsystem mit 50.000 Lastzyklen untersucht.