Forschung am mst

Mikromechanische Simulationen

Die Simulation mikromechanischer Kontaktierungs- und Verformungsvorgängen in der mikroelektronischen Prüfung (SimChip) mittels OpenFOAM bildete den Schwerpunkt dieses Forschungsprojekts.

Projektstatus: abgeschlossen

Im ZIM-Projekt SimChip wurde gemeinsam mit der Feinmetall GmbH an der numerischen Simulation der plastischen Verformung von kontaktierten Siliziumchippads geforscht. Ziel war die Erarbeitung und Validierung eines Simulations-Tools, mit dessen Hilfe mechanische Kontaktierungsvorgänge auf den dafür vorgesehenen Pads von Siliziumchips untersucht werden können, ohne aufwändige Versuche durchführen zu müssen. Zur Lösung dieser Aufgabe wurde das Programm OpenFOAM eingesetzt.

Im Rahmen des Projekts wurden existierende Solver für plastische Verformungen in Betrieb genommen und auf ihre Eignung zur Lösung der gegebenen Problemstellung getestet. Neben der Auswahl eines geeigneten Solvers stand auch dessen Optimierung im Fokus. Hier gelang es, die benötigten Rechenzeiten drastisch zu verringern. Zur Verifikation der Simulationsergebnisse sind Nanoindentationsversuche mit verschiedenen Eindringkörpern (sphärischer Indenter, Berkovitch-Indenter) auf verschiedenen Materialien durchgeführt worden. Hierbei ist untersucht worden wie die unterschiedlichen Materialien auf das Eindringen eines Fremdkörpers mit verschiedenen Eindringtiefen reagiert. Die während der Eindringversuche entstandenen Oberflächenverformungen sind mittels eines Rasterkraftmikroskops (AFM) untersucht und ausgewertet worden. Die durchgeführten Messungen sind anschließend mit den erarbeiteten Simulationsansätzen verglichen worden. Die dabei gemessenen Parameter deckten sich gut mit den Ergebnissen der Simulation.

Die folgende Abbildung zeigt ein Beispiel für die Simulation eines sphärischen Indenters.

Beispielhaftes Ergebnis eines Nanoindentationsversuchs. (c)
Beispielhaftes Ergebnis eines Nanoindentationsversuchs.