Forschungsthemen

Zuverlässigkeit und Robustheit von ICs

Strukturen in der Mikro- und Nanotechnologie sind heute 350 bis 40 nm groß. Zukünftig werden sie sogar nur noch 130 bis 22 nm klein sein. Auch die Systemintegration wird immer weiter vorangetrieben und Komponenten werden auf kleinstem Raum angeordnet. Dadurch wird die zuverlässige Funktion eines Bauteils immer stärker beeinflusst von technologisch bedingten Effekten, wie Prozess-Schwankungen, Alterung oder elektrothermische Wechselwirkungen mit anderen Komponenten.

Viele sicherheitskritische Neuentwicklungen, zum Beispiel im Automobilbereich, in der Luft- und Raumfahrt, der Medizintechnik oder der Industrieautomatisierung basieren auf diesen Technologien. Solche Anwendungen müssen besonders langlebig sein und gleichzeitig kostengünstig in der Herstellung.

Um die Funktion sicher zu garantieren und das Potential der neuen Technologien zu nutzen, müssen die Fehler- und Ausfallmechanismen auf verschiedenen Abstraktionsebenen (Technologie, Bauelemente, Integrierte Schaltungen, Systeme) bereits vor der Fertigung berücksichtigt werden. Dazu gehört auch, die Wechselwirkung einzelner Effekte einzubeziehen. Fertigungsvariationen und ein Verschleiß mit der Lebensdauer betreffen zum Beispiel die gleichen Eigenschaften von Bauelementen. Auch Alterung und Erhitzung beeinflussen sich gegenseitig.

Mit mathematischen Modellen und darauf aufbauenden Simulationen können Auswirkungen von Fehlverhalten und Alterung frühzeitig untersucht werden. In Zusammenhang mit dem gewünschten elektrischen Verhalten kann mit ihnen auch die Funktion des Gesamtsystems unter verschiedenen Einsatzbedingungen verifiziert werden. Gleichzeitig lassen sich daraus konkrete Randbedingungen für den Schaltungs- und Layoutentwurf ableiten und so Anforderungen zur Zuverlässigkeit und Robustheit in der Entwicklung eines Systems berücksichtigen.

Unsere Angebote

Wir bieten verschiedene Software-Werkzeuge an, mit denen die Auswirkungen von Fehlverhalten oder Alterung frühzeitig in die Entwurfsphase eines elektronischen Systems einbezogen werden können:

  • Tool HeatVision zur schnellen thermischen Chip-Analyse inklusive einer nahtlosen Ankopplung an die elektrische Schaltungssimulation
  • Tool SubVision zur effizienten Analyse von Substratverkopplungen

Einfluss von Betriebsbedingungen auf die Lebensdauer von Bauelementen

Einfluss von Betriebsbedingungen auf die Lebensdauer von Bauelementen

Außerdem unterstützen wir unsere Kunden mit folgenden Dienstleistungen:

  • Charakterisierung von Halbleitern auf Wafer-Ebene mit dem Fokus Zuverlässigkeit
  • Erstellung von Alterungsmodellen für gemessene Degradationseffekte
  • Abbildung der Transistoralterung in Simulationsmodellen und Integration in vorhandene Entwurfswerkzeuge und Designflows
  • Multiphysikalische Modellierung im Bereich elektrothermischer Wechselwirkungen sowie elektrostatischer und elektrodynamischer Effekte
  • Modellierung von statistischen Zusammenhängen über mehrere Hierarchieebenen

Der Nutzen für unsere Kunden

  • Komponenten und Systeme können zuverlässig und kostengünstig entworfen werden.
  • Schaltungen und Layouts werden sicher ausgelegt.
  • Technologisch bedingte Funktionsausfälle werden vermieden
  • Die Ausfallursachen für neu auftretende Fehlereffekte können festgestellt werden.
  • Wir entwickeln transparente Lösungen in enger Zusammenarbeit mit unseren Kunden.
  • Es entstehen integrierte Modellierungs- und Simulationslösungen.

Referenzen

Wir haben unser Know-how unter anderem in folgenden Forschungsprojekten erarbeitet:

  • RESIST: Die Partner entwickeln Entwurfsprozesse für Mikrochips und Systeme, mit denen sich die hohen Anforderungen an Qualität sowie Zuverlässigkeit für Nanoelektronik in Automobil- und Flugzeugbau noch besser erfüllen lassen.
  • MoRV: Im Rahmen von MoRV soll eine Software entwickelt werden, die schon im Entwurf von ICs sicherstellt, dass spezifizierte Kenngrößen während ihrer Lebensdauer nicht verletzt werden.
  • RELY (abgeschlossenes Projekt): Ziel ist es, die Qualität, Zuverlässigkeit und Belastbarkeit moderner Mikroelektroniksysteme durch eine auf Zuverlässigkeit ausgerichtete Entwurfsmethodik zu erhöhen
  • Therminator (abgeschlossenes Projekt): Die Projektpartner haben Entwurfsvorschriften für Bauteile, die unter schwierigen Temperaturbedingungen funktionieren müssen, erarbeitet