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Mikrotechnologie und Halbleiterfertigung – Aufbau- und Verbindungstechnik verstehen

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Mikrotechnologie und Halbleiterfertigung – Aufbau- und Verbindungstechnik verstehen

Zielgruppe: Ausbildung in Mikrotechnologie, Elektronik und verwandten technischen Berufen

Schwerpunkt: Kontaktierung, Gehäuse und Schutz von Halbleiterbauelementen

Lernzeit: etwa 90–120 Minuten, einschließlich Aufgaben

Arbeitsweise: Bilder untersuchen, kurze Fachvideos auswerten, einen Ausbildungsfall lösen und Entscheidungen begründen.

Lernziele: Du kannst den Aufbau eines gehäusten Chips erklären, Drahtbonden und Flip-Chip-Kontaktierung unterscheiden, Schutzmaßnahmen zuordnen und typische Fehlerbilder fachlich beurteilen.

Sicherheitsregel: Alle praktischen Aufgaben sind Papier-, Bild-, Karten- oder digitale Modellaufgaben. Öffne keine Bauelemente gewaltsam, schleife oder zersäge keine Chips und verarbeite keine Klebstoffe, Lote, Säuren oder Lösungsmittel. Reale chemische und thermische Prozesse gehören ausschließlich in geeignete Betriebe mit Gefährdungsbeurteilung, Betriebsanweisung, Schutzmaßnahmen und Fachaufsicht.

Einleitung

Ein Chip ist nach seiner Herstellung auf dem Wafer noch nicht automatisch ein einsatzbereites Bauteil. Er muss befestigt, elektrisch angeschlossen und häufig vor Feuchtigkeit, mechanischer Belastung und anderen Einflüssen geschützt werden. Diese Arbeitsschritte gehören zur Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT).

Bildauftrag: Erkenne die vielen noch zusammenhängenden Chips auf dem Wafer.

Historisches Schema eines CMOS-Chipaufbaus aus den frühen 2000er-Jahren. Es veranschaulicht die Schichten bis zum äußeren Kontakt, nicht die Bauweise aller heutigen Chips.

Merksatz: Die Chipfertigung erzeugt die Funktion. Die Aufbau- und Verbindungstechnik macht diese Funktion elektrisch nutzbar und schützt sie.

Fachquelle: FMD – Einführung in die Mikroelektronik

Dein Ausbildungsfall: Sensor T17

Du arbeitest in einem fiktiven Ausbildungsbetrieb. Dort werden kleine Temperatursensor-Chips auf einen Träger montiert, über Bonddrähte angeschlossen und mit einer schützenden Kunststoffmasse versehen.

Beobachtung: Ein Sensor aus der Mustercharge T17 liefert zeitweise kein plausibles Messsignal. Auf einem bereitgestellten Mikroskopbild scheint eine Drahtverbindung auffällig. Die genaue Fehlerursache ist noch nicht bekannt.

Dein Auftrag: Ordne den Fertigungsablauf, unterscheide Beobachtung und Vermutung und entscheide, welche fachgerechten Prüfungen als Nächstes sinnvoll wären.

Wichtig: Der Fall und die später genannten Prüfdaten sind didaktisch erfunden. Die Fachverfahren selbst sind real.

Lerneinheit 1: Vom Wafer zum einzelnen Chip

Dauer: 8 Minuten

Beim Dicing werden die einzelnen Chips vom Wafer getrennt. Danach wird ein geeigneter Chip ausgewählt und auf einen Träger gesetzt.

Werkzeugbild: Eine Dicing-Klinge ist Teil spezieller industrieller Trenntechnik.

Intel: From Sand to Silicon. Überblicksfilm zur Chipherstellung; einzelne Fertigungsdetails sind historisch und produktspezifisch.

Bildfrage: Warum muss man die Chips vor dem elektrischen Anschließen vereinzeln?

Modellantwort: Der Wafer enthält viele Schaltungen. Ein einzelner Chip wird als Bauteil auf einem geeigneten Träger positioniert und mit dessen Anschlüssen verbunden.

Achtung: Industrielles Wafertrennen kann Partikel erzeugen. Trennanlagen arbeiten mit dafür ausgelegten Prozess-, Reinigungs- und Schutzsystemen. Es gibt hier keinen Schneid-, Schleif- oder Staubversuch.

Fachquelle: FMD – Montage der Chips, Teil 6

Lerneinheit 2: Die Attach – den Chip befestigen

Dauer: 8 Minuten

Die Attach bezeichnet das Befestigen des vereinzelten Chips auf einem Träger. Je nach Anwendung kommen beispielsweise Klebe-, Löt- oder Sinterverbindungen infrage. Die Befestigung muss unter anderem zur mechanischen Beanspruchung und gegebenenfalls zur Wärmeabfuhr passen.

Prozessvideo: Die Attach. Beobachte nur das Prinzip von Aufnahme, Positionierung und Befestigung. Prozessparameter sind nicht als Arbeitsanleitung zu verwenden.

Aufgabe: Zeichne auf Papier drei Rechtecke übereinander: Chip, Verbindungsschicht und Träger. Beschrifte sie und markiere den Kraft- beziehungsweise Wärmeweg.

Feedback: Richtig ist die Anordnung Chip – Verbindungsschicht – Träger. Die Verbindungsschicht trägt den Chip; für wärmebelastete Bauelemente beeinflusst sie auch den Wärmeübergang. Nicht jeder Klebstoff und nicht jedes Trägermaterial eignet sich für jeden Chip.

Fachquelle: Fraunhofer IZM – Aufbau- und Verbindungstechnik

Lerneinheit 3: Kontaktierung durch Drahtbonden

Dauer: 12 Minuten

Beim Drahtbonden werden winzige metallische Kontakte des Chips mit Anschlüssen des Trägers verbunden. Dafür verwendet man unter anderem Aluminium-, Gold- oder Kupferdrähte. Je nach Verfahren wirken Druck, Ultraschall und/oder Wärme zusammen.

Detailbild: Erkenne Chip, Kontaktflächen und die gebogenen Bonddrähte.

Berufsspezifisches Makrobild eines drahtgebondeten CMOS-Chips.

Semicon Talk: Ball- und Wedge-Bonding. Die Darstellung wird durch die unten genannte Fraunhofer-Fachquelle fachlich eingeordnet.

Zwei gebräuchliche Prinzipien:

Ball-Wedge-Bonden: Der erste Kontakt ist kugelförmig, der zweite häufig keilförmig.
Wedge-Wedge-Bonden: Beide Kontakte werden mit keilförmigem Werkzeug hergestellt.

Bildauftrag: Folge einem Draht vom Bondpad auf dem Chip bis zur Anschlussfläche des Trägers. Erkläre, warum eine bloß sichtbare Berührung noch keine nachgewiesen zuverlässige Verbindung ist.

Feedback: Ein guter Bond benötigt einen geeigneten Kontakt zur Oberfläche und ausreichende mechanische sowie elektrische Zuverlässigkeit. Das bloße Aussehen beweist dies nicht.

Fachquelle: Fraunhofer IZM – Drahtbonden und Prüfverfahren

Lerneinheit 4: Alternative Flip-Chip

Dauer: 10 Minuten

Bei der Flip-Chip-Montage zeigt die Kontaktseite des Chips zum Träger. Viele elektrische Verbindungen entstehen über kleine Kontaktstrukturen, häufig Bumps genannt. Eine geeignete Zwischenfüllung, das Underfill, kann bestimmte mechanische Beanspruchungen vermindern.

Schema: Bumps an der Kontaktseite.

Querschnitt: Umgedrehter Chip, Kontaktstellen und Underfill.

Prozessbezogenes Foto zur Flip-Chip-Lotkontaktierung.

Vergleich:

Merkmal	Drahtbonden	Flip-Chip-Kontaktierung
Kontaktweg	Draht vom Chip zum Träger	Kontaktstellen zwischen Chipunterseite und Träger
Lage des Chips	Kontaktflächen häufig oben zugänglich	Kontaktseite zum Träger
Besonderheit	Drahtschlaufen benötigen Platz und Schutz	Ausrichtung und Kontaktqualität unter dem Chip sind wichtig

Entscheidungsfrage: Welche Technik würdest Du zuerst prüfen, wenn sehr viele Anschlüsse auf kleiner Fläche benötigt werden?

Feedback: Flip-Chip ist ein sinnvoller Kandidat, weil Kontakte flächig angeordnet werden können. Ob es tatsächlich passt, hängt zusätzlich von Kosten, Substrat, thermischen Belastungen und Fertigungsmöglichkeiten ab.

Fachquelle mit Expertenvideo: FMD – Chipkontaktierung, Teil 7

Lerneinheit 5: Gehäuse und Verkapselung

Dauer: 10 Minuten

Das Chipgehäuse stellt Anschlüsse nach außen bereit und schützt das Bauelement. Kunststoffverkapselung, keramische Gehäuse und andere Bauformen erfüllen unterschiedliche Anforderungen.

Querschnitt eines DIP-Gehäuses mit Chip und inneren Verbindungen.

Realer Gehäusequerschnitt: Untersuche die verschiedenen Material- und Verbindungsebenen.

Unterseite eines Ball-Grid-Array-Gehäuses mit Kontaktkugeln.

Begriffe: Molding bedeutet Formverkapselung; Glob Top bezeichnet eine örtlich aufgebrachte Schutzmasse. Eine übliche Kunststoffverkapselung ist nicht automatisch hermetisch dicht.

Aufgabe: Nenne drei Schutzfunktionen des Gehäuses und eine Grenze dieses Schutzes.

Feedback: Ein Gehäuse kann Kontaktstellen mechanisch schützen, Umwelteinflüsse abschwächen und das Handling ermöglichen. Dennoch können Feuchte, Temperaturwechsel, ESD oder mechanische Überlastung weiterhin zu Fehlern führen.

Fachquellen: Fraunhofer IZM – Chip on Board und Verkapselung und ASMPT – Encapsulation

Lerneinheit 6: ESD, Gefahrstoffe, Staub und Entsorgung

Dauer: 12 Minuten

ESD-Überwachungsstation mit Handgelenkband. Das Foto ist keine Montageanleitung.

ESD: Empfindliche Bauteile können durch elektrostatische Entladung beschädigt werden. Verwende im Betrieb ausschließlich freigegebene ESD-Arbeitsplätze und geprüfte Schutzmittel. Stelle keine improvisierten Erdungsverbindungen her und verbinde Dich niemals eigenmächtig mit Netz- oder Schutzleitern.

Nicht ausgehärtete Epoxidharze: Bestandteile können Hautallergien auslösen. Stoffauswahl, Sicherheitsdatenblatt, Hautschutz und gegebenenfalls weitere Maßnahmen sind betriebsbezogen festzulegen.

Löten und Flussmittel: Beim Löten können gefährliche Emissionen entstehen. Die TRGS 528 behandelt schweißtechnische Arbeiten sowie verwandte Verfahren einschließlich Weichlöten und fordert eine tätigkeitsbezogene Gefährdungsbeurteilung mit geeigneten Maßnahmen.

Partikel und Staub: Beim Trennen, Schleifen oder Bearbeiten können Partikel entstehen. Niemals im Klassenraum Chips anschleifen, Staub wegpusten oder mit einem ungeeigneten Staubsauger aufnehmen. Das konkrete Gefährdungspotenzial hängt unter anderem von Material und Verfahren ab; Fachkräfte legen Erfassung, Reinigung und Entsorgung fest.

Abfälle: Elektronikaltgeräte werden getrennt gesammelt. Gefährliche Abfälle dürfen grundsätzlich nicht unzulässig mit anderen Abfällen vermischt werden. Maßgeblich sind die betrieblichen Abfallvorgaben, die jeweilige Abfalleinstufung und die geltenden Rechtsvorschriften.

Sichere Entscheidungskarte:

Situation	Deine richtige Reaktion
Unbekannter Klebstoff steht am Arbeitsplatz	Nicht öffnen oder verwenden; Kennzeichnung, Sicherheitsdatenblatt und Fachaufsicht klären
Chip muss zu Übungszwecken getrennt werden	Ausschließlich Bild- oder Papiermodell verwenden
Lose Partikel liegen an einer Anlage	Bereich nicht eigenmächtig reinigen; zuständige Fachkraft informieren
Defektes elektronisches Bauteil fällt an	Nach betrieblichem Sammel- und Entsorgungsplan zuordnen
ESD-Schutz ist ungeklärt	Arbeit nicht beginnen; zuständige Fachkraft fragen

Begründetes Feedback: In allen Fällen hat die Klärung vor der Tätigkeit Vorrang. Eine improvisierte Lösung kann Beschäftigte gefährden, Bauteile schädigen oder gegen Entsorgungsvorgaben verstoßen.

Geprüfte Grundlagen: ESD Association – ESD Control, DGUV – Epoxidharze, BAuA – TRGS 528, Gefahrstoffverordnung § 6, Kreislaufwirtschaftsgesetz § 9a und Umweltbundesamt – Elektroaltgeräte.

Lerneinheit 7: Qualitätsprüfung am Sensor T17

Dauer: 12 Minuten

Für den Ausbildungsfall liegen folgende fiktive Prüfinformationen vor:

Information	Ergebnis	Aussagekraft
Visuelles Mikroskopbild	Eine Drahtschlaufe wirkt auffällig	Hinweis, aber kein Beweis für einen elektrischen Fehler
Elektrische Funktionsprüfung	Signal fällt zeitweise aus	Fehler vorhanden, Ort noch ungeklärt
Dokumentation der Charge	Keine gesicherte Ursache vermerkt	Weitere Prüfung erforderlich

Dein Prüfplan ohne Eingriff am Bauteil: Zeichne einen Entscheidungsbaum. Beginne mit Sichtprüfung, Messprotokoll und Rücksprache mit der Qualitätssicherung. Begründe, wann eine zusätzliche fachgerechte elektrische Prüfung und gegebenenfalls eine zerstörende Bondprüfung durch autorisierte Fachkräfte sinnvoll wäre.

Fachliche Einordnung: Zu anerkannten Bondprüfungen gehören unter anderem Pulltest und Schertest. Diese Tests sind keine Selbstversuche; sie erfordern geeignete Prüftechnik, Anweisungen und Fachpersonal.

Musterentscheidung: Die Charge nicht allein wegen des Bildes verwerfen oder freigeben. Zuerst Prüfunterlagen und elektrische Messwerte vergleichen, Verdachtsstelle dokumentieren und nach betrieblichem Prüfplan entscheiden.

Begründung: Gleiche Symptome können verschiedene Ursachen haben, etwa eine fehlerhafte Verbindung, einen Chipdefekt oder ein Kontaktproblem an anderer Stelle.

Fachquelle: Fraunhofer IZM – Bondqualität, Pull- und Schertests

Gestufte Hilfen für den Ausbildungsfall

Hilfe 1 – Orientierung: Frage Dich zuerst: Ist das Bauteil richtig befestigt, elektrisch verbunden und geschützt?

Hilfe 2 – Eingrenzung: Trenne die Beobachtung „auffällige Drahtschlaufe“ von der Vermutung „Bondfehler“. Suche nach einem zweiten unabhängigen Prüfhinweis.

Hilfe 3 – Lösungsgerüst: „Ich beobachte … . Daraus folgt noch nicht … . Als nächste sichere Prüfung schlage ich … vor, weil … .“

Feedbackmaßstab: Gut ist eine Entscheidung, wenn sie Beobachtung, mögliche Ursache, passende Prüfung, Zuständigkeit und Sicherheitsgrenze unterscheidet.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Welche Aufgabe gehört zur Aufbau- und Verbindungstechnik? (Chip befestigen und elektrisch kontaktieren) (!Siliziumerz im Tagebau gewinnen) (!Eine Programmiersprache kompilieren) (!Den Schaltplan ohne Bauteile simulieren)

Was bezeichnet Die Attach? (Befestigen des einzelnen Chips auf einem Träger) (!Herstellen des Siliziumeinkristalls) (!Programmieren des Sensors) (!Entsorgen der Leiterplatte)

Wozu dient ein Bonddraht? (Zur elektrischen Verbindung zwischen Chip und Anschlussfläche) (!Zum Schleifen des Wafers) (!Zum Kühlen durch einen Luftstrom) (!Zum Erzeugen einer Kunststoffkapsel)

Welche Kombination passt zum Drahtbonden? (Druck und je nach Verfahren Ultraschall oder Wärme) (!Ausschließlich magnetische Anziehung) (!Ausschließlich UV-Licht) (!Ausschließlich Wasserstrahl)

Wie liegt der Chip typischerweise bei Flip-Chip-Montage? (Mit der Kontaktseite zum Träger) (!Mit den Kontakten immer frei nach oben) (!Ohne elektrische Anschlussstellen) (!Ausschließlich senkrecht zum Träger)

Wozu kann Underfill dienen? (Zur Verringerung bestimmter mechanischer Beanspruchungen) (!Zum Ersetzen sämtlicher elektrischer Kontakte) (!Zum Programmieren des Chips) (!Zum Entfernen des Siliziums)

Welche Aussage zu Kunststoffgehäusen stimmt? (Sie bieten Schutz, sind aber nicht automatisch hermetisch dicht) (!Sie verhindern grundsätzlich jede Alterung) (!Sie machen alle ESD-Maßnahmen überflüssig) (!Sie bestehen immer aus reinem Metall)

Was ist beim Umgang mit nicht ausgehärteten Epoxidharzen besonders zu beachten? (Mögliche Hautsensibilisierung und betriebliche Schutzmaßnahmen) (!Sie gelten unabhängig vom Produkt immer als ungefährlich) (!Sie dürfen ohne Kennzeichnung gemischt werden) (!Sie sollen mit bloßen Händen geprüft werden)

Was folgt aus einer auffälligen Drahtschlaufe auf einem Foto? (Ein Prüfverdacht, noch kein gesicherter Fehlernachweis) (!Zwingend ein defekter Halbleiterkristall) (!Zwingend ein fehlerfreies Bauteil) (!Zwingend ein Problem des Betriebssystems)

Wie gehst Du mit unbekanntem Schleifstaub aus einer Chipanlage um? (Fachkraft informieren und den betrieblichen Schutzplan beachten) (!Den Staub trocken wegpusten) (!Den Staub ohne Prüfung einatmen) (!Den Staub in den normalen Papierabfall geben)

Memory

Wafer	Halbleiterscheibe mit vielen Chips
Dicing	Vereinzeln von Chips
Die Attach	Befestigung des Chips
Bondpad	Metallische Kontaktfläche am Chip
Drahtbonden	Elektrischer Anschluss mit feinem Metalldraht
Flip Chip	Kontaktseite zeigt zum Träger
Underfill	Zwischenfüllung unter einem montierten Chip
Molding	Formgebende Verkapselung
ESD	Elektrostatische Entladung

Feedback: Achte besonders darauf, Chipbefestigung, elektrische Kontaktierung und Verkapselung nicht miteinander zu verwechseln. Sie erfüllen verschiedene Funktionen.

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Funktion im Fertigungsablauf
Dicing	Chipvereinzelung
Die Attach	Mechanische Chipbefestigung
Drahtbonden	Elektrische Drahtkontaktierung
Molding	Schutz durch Formverkapselung
Sichtprüfung	Erkennen sichtbarer Auffälligkeiten
Funktionsprüfung	Bewertung des elektrischen Verhaltens

Feedback: Die Reihenfolge allein reicht nicht: Jede Station hat ein eigenes Qualitätsziel. Fehler an einer frühen Station können sich in späteren Prüfungen zeigen.

Kreuzworträtsel

Wafer	Auf welcher Halbleiterscheibe befinden sich viele Chips vor ihrer Vereinzelung?
Bonden	Wie heißt das Herstellen einer metallischen Kontaktverbindung im Fachwort?
Bondpad	Wie heißt die kleine elektrische Kontaktfläche auf dem Chip?
Underfill	Wie heißt die Zwischenfüllung unter bestimmten Flip-Chip-Baugruppen?
Molding	Wie heißt das formgebende Verkapselungsverfahren?
Schertest	Welches Prüfverfahren beansprucht eine Verbindung durch seitliche Kraft?

LearningApps

Die Suche zeigt fremde Lernangebote. Ihre fachliche Richtigkeit und Nutzungsrechte sind vor dem Einsatz zusätzlich zu prüfen.

Lückentext

Auf einem

befinden sich viele integrierte Schaltungen.

Beim

werden die einzelnen Chips getrennt.

Die Chipbefestigung auf einem Träger heißt

.

Ein metallischer Kontaktbereich des Chips heißt

.

Beim Drahtbonden entsteht eine elektrische Verbindung mit einem

.

Bei der Flip-Chip-Montage zeigt die Kontaktseite zum

.

Die kleinen Kontaktstrukturen heißen häufig

.

Eine mögliche Zwischenfüllung unter dem Chip heißt

.

Formgebende Verkapselung wird als

bezeichnet.

Eine elektrostatische Entladung wird als

abgekürzt.

Eine mechanische Prüfung von Bondkontakten ist der

.

Die Entsorgung gefährlicher Abfälle folgt einem geregelten

.

Feedback: Prüfe bei Fehlern, ob Du ein Bauteil, einen Prozess oder eine Schutzmaßnahme miteinander verwechselt hast.

Basis-, Anwendungs- und Transfertraining

Niveau	Sichere Modellaufgabe	Begründetes Feedback
Basis	Ordne auf einem Papiermodell Chip, Träger, Bonddraht und Gehäuse zu.	Die Benennung ist richtig, wenn jedes Teil auch seine Funktion erhält: befestigen, verbinden oder schützen.
Basis	Markiere an zwei Bildern einen Bonddraht und einen Flip-Chip-Kontaktweg.	Entscheidend ist die unterschiedliche Lage der Verbindung, nicht allein die Gehäuseform.
Anwendung	Vergleiche zwei Gehäusebilder anhand von Kontaktierung, Platzbedarf und Schutz.	Eine gute Antwort nennt Vor- und Nachteile und vermeidet die Behauptung, eine Bauart sei immer besser.
Anwendung	Erstelle für den Sensor T17 einen Prüfplan auf Papier.	Ein fachgerechter Plan unterscheidet sichtbare Auffälligkeiten von bestätigten elektrischen Fehlern.
Transfer	Begründe eine Kontaktierung für einen fiktiven Chip mit besonders vielen Anschlüssen.	Flip-Chip kann wegen flächiger Kontaktanordnung sinnvoll sein; Fertigung, Wärme und Kosten müssen trotzdem geprüft werden.
Transfer	Entwickle ein Schutz- und Entsorgungskonzept als Ablaufdiagramm ohne reale Stoffe.	Richtig ist die Orientierung an Gefährdungsbeurteilung, Sicherheitsdatenblättern und freigegebenen Entsorgungswegen statt an improvisierten Maßnahmen.

Offene Aufgaben

Leicht – Basis

Waferbild beschriften: Erstelle eine beschriftete Skizze mit Wafer, einzelnen Chipfeldern und späterem Träger. Feedback: Die Vereinzelung muss erkennbar sein, weil erst danach der einzelne Chip montiert wird.
Schichtenmodell: Baue mit Papier drei Schichten für Chip, Verbindung und Träger. Feedback: Die Verbindungsschicht gehört zwischen Chip und Träger; das verdeutlicht ihre Befestigungsfunktion.
Bildvergleich: Zeichne die Kontaktwege eines Drahtbonds und eines Flip Chips nach. Feedback: Unterschiede in der Leitungsführung sind wichtiger als die Zeichenqualität.
Gehäuse-Steckbrief: Wähle ein Gehäusebild aus und erkläre zwei Funktionen. Feedback: Nenne eine Schutzfunktion und eine Möglichkeit, elektrische Anschlüsse nach außen zu führen.

Standard – Anwendung

Prüfprotokoll T17: Erstelle eine Tabelle mit Beobachtung, Verdacht, Prüfung und Zuständigkeit. Feedback: Ein Verdacht darf nicht als bewiesene Ursache eingetragen werden.
Technologieentscheidung: Empfiehl für zwei erfundene Produkte unterschiedliche Kontaktierungsverfahren. Feedback: Berücksichtige Anschlusszahl, Bauhöhe und Herstellbarkeit.
ESD-Informationskarte: Gestalte eine Sicherheitskarte für neue Auszubildende ohne praktische Erdungsanleitung. Feedback: Der Bezug zum freigegebenen ESD-Arbeitsplatz ist entscheidend.
Sicherheitsdatenblatt analysieren: Untersuche ein von der Lehrkraft ausgewähltes, öffentlich zugängliches Beispiel-Sicherheitsdatenblatt ohne Kontakt zum Stoff. Feedback: Produktbezogene Gefahrenangaben sind zuverlässiger als Vermutungen über Stoffgruppen.

Schwer – Transfer

Ursachenbaum: Entwickle für den intermittierenden Sensorausfall T17 mindestens drei konkurrierende Fehlerhypothesen. Feedback: Für jede Hypothese muss eine unterscheidende Prüfung vorgeschlagen werden.
Wärmeweg-Modell: Erkläre anhand eines Papierschnittbilds, wie die Chipbefestigung eine Wärmeabfuhr beeinflussen kann. Feedback: Ein physikalisch nachvollziehbarer Wärmeweg ist wichtiger als frei erfundene Messwerte.
Abfallkonzept: Entwickle für eine fiktive Montagelinie Sammelgruppen und Zuständigkeiten. Feedback: Gefährliche und nicht gefährliche Abfälle dürfen nicht pauschal zusammengelegt werden.
Erklärvideo planen: Verfasse ein Storyboard für ein zweiminütiges Video zu Kontaktierung, Gehäuse und Schutz – nur mit eigenen Skizzen oder lizenzierten Bildern. Feedback: Die Prozessreihenfolge, Bildnachweise und Sicherheitsgrenzen müssen erkennbar sein.

Lernkontrolle

Zusammenhang erkennen: Ein Chip ist elektrisch auffällig, obwohl sein Gehäuse äußerlich unbeschädigt aussieht. Erkläre, weshalb trotzdem eine innere Verbindungsstörung vorliegen könnte.
Fertigungskette bewerten: Begründe, wie sich eine mangelhafte Chipbefestigung auf spätere Verbindungsschritte und die Zuverlässigkeit auswirken kann.
Technologietransfer: Wähle zwischen Drahtbonden und Flip-Chip für ein neues Sensorsystem. Gib mindestens drei Entscheidungskriterien an und nenne eine Unsicherheit.
Prüfentscheidung: Lege für den fiktiven Sensor T17 die nächsten zwei fachlich angemessenen Prüfungsschritte fest und begründe ihre Reihenfolge.
Sicher handeln: Eine unbekannte Materialprobe soll im Unterricht bearbeitet werden. Entwirf eine sichere Ersatzaufgabe und begründe, warum der reale Bearbeitungsversuch unterbleibt.
Entsorgung beurteilen: Ein Sammelbehälter enthält gebrauchte Elektronik und unbekannte Prozessrückstände. Beschreibe, warum Du ihn nicht eigenmächtig sortierst und welche Informationen zuerst benötigt werden.

Bewertungskriterien: Jede Antwort soll einen fachlichen Zusammenhang, eine nachvollziehbare Begründung, eine Grenze der eigenen Aussage und gegebenenfalls eine sichere Zuständigkeit enthalten.

Lernnachweis

Für einen erfolgreichen Lernnachweis erstellst Du eine einseitige Ausbildungsdokumentation zum Sensor T17 mit folgenden Inhalten:

Prozesskette: Chipvereinzelung, Befestigung, Kontaktierung, Schutz und Prüfung korrekt anordnen.
Fachvergleich: Drahtbonden und Flip-Chip anhand mindestens zweier Merkmale unterscheiden.
Fehlerbewertung: Sichtbefund und nachgewiesene Ursache klar trennen.
Prüfplan: Eine fachlich geeignete, sichere nächste Maßnahme mit Begründung nennen.
Arbeitsschutz: ESD, mögliche Gefahrstoffe, Partikel und geregelte Entsorgung berücksichtigen.
Quellenarbeit: Mindestens zwei verwendete Fachquellen nennen und die Herkunft verwendeter Bilder angeben.

Beurteilungsraster: Fachliche Richtigkeit 40 %, Begründung und Transfer 30 %, sicheres Vorgehen 20 %, Dokumentation und Quellen 10 %.

Erfolgsmaßstab: Mindestens 70 % der Kriterien erfüllen und keine gefährliche Eigenhandlung als zulässige Lernmethode empfehlen. Sicherheitsmängel müssen unabhängig von der Punktzahl nachgearbeitet werden.

Fachquellen, Prozessmedien und Medienrechte

Fachlich geprüfte Ausgangsquellen:

Nachweis zu den eingebundenen Wikimedia-Commons-Dateien:

Datei	Urheberangabe	Ausgewiesene Lizenz
Silicon wafer.jpg	Inductiveload	Gemeinfrei
Aufbau CMOS-Chip 2000er.svg	Cepheiden	CC BY-SA 3.0 beziehungsweise GFDL, siehe Dateiseite
Dicing blade.jpg	HokuhokuhokukunOiso	CC BY-SA 3.0
Integrated circuit wire bonding.jpg	Mister rf	CC BY-SA 4.0
Chip bond wire.jpg	Weirdmeister	CC BY-SA 4.0
Flip chip bumps.svg	Twisp	Gemeinfrei
Flip chip side-view.svg	Twisp	Gemeinfrei
Solder reflow of flip chip die (2292649003).jpg	VIA Gallery	CC BY 2.0
DIP Cross-section.svg	Inductiveload	Gemeinfrei
BGA package cross section.jpg	TubeTimeUS	CC BY-SA 4.0
BGA (ball grid array).jpg	F5onr	CC BY-SA 4.0
ESD Monitor Station connected to Wrist Strap.jpg	Encik Tekateki	CC BY-SA 4.0

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