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Technische Universität Dresden
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Themen für Studienarbeiten

 

Beachten Sie bitte auch die aktuellen Angebote vor dem Raum BAR II/26 oder fragen Sie die Arbeitsgruppenleiter nach möglichen Themen!

 

 


Arbeitsgruppe Entwurfsautomatisierung
 


Entwicklung eines Verfahrens zur Transformation von Randbedingungen

Beim Entwurf analoger integrierter Schaltungen müssen eine Vielzahl von Randbedingungen berücksichtigt werden. Oftmals hängt der Zustand dieser Randbedingungen von Designparametern ab, die je nach Entwurfsschritt und verwendetem (Software-)Werkzeug nicht direkt manipuliert werden können. Um diese Randbedingungen dennoch berücksichtigen zu können, müssen sie zuerst transformiert werden. Dabei werden sie in eine Menge neuer Randbedingungen umgewandelt, die schließlich doch direkt beeinflusst werden können. Ziel der Arbeit ist die Entwicklung und Untersuchung eines Verfahrens zur automatischen Transformation von Randbedingungen.

 

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Andreas Krinke
BAR II/27, Tel. 463 34705
andreas.krinketu-dresden.de


Weiterentwicklung eines Verdrahtungswerkzeuges

Integrierte Schaltungen können aus mehreren tausenden bis hunderttausenden Standardzellen bestehen, die nach der Platzierung verdrahtet werden müssen. Um diesen Prozess anhand von Teststrukturen bzw. Schaltungen besser am Institut untersuchen zu können, wurde ein eigenes Verdrahtungswerkzeug entwickelt. Ziel dieser Aufgabe ist es, die aktuelle Implementierung in C/C++ weiterzuentwickeln. Dabei soll sowohl Laufzeit und Verdrahtbarkeit verbessert werden als auch die Berücksichtigung von Randbedingungen.

 

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Andreas Krinke
BAR II/27, Tel. 463 34705
andreas.krinketu-dresden.de


Überprüfung von Entwurfsregeln auf Package-Ebene

Der Layoutentwurf integrierter Schaltungen (ICs) überführt eine Netzliste in geometrische Maskendaten - die Grundlage zur Herstellung der Nacktchips (Dies) in einer Halbleiterfabrik. Eine wichtige Teilaufgabe ist dabei die Verifikation dieser Layoutdaten, z.B. in Form von DRC (engl. design rule check) und LVS (engl. layout versus schematic). Anschließend findet das Packaging einzelner oder mehrerer Dies statt, also das Verpacken in einem Gehäuse. Im Vergleich mit dem IC-Entwurf sind Geometrien auf dieser Package-Ebene weniger komplex, dennoch werden auch hier vergleichbare Werkzeuge für die Verifikation benötigt
Kleinere Firmen können sich Werkzeuge für den IC- und Package-Entwurf (z.B. von Cadence, Mentor oder Synopsys) oftmals nicht leisten, würden aber von Entwurfswerkzeugen auf Package-Ebene profitieren. Ein Ansatz ist daher die Verwendung freier Werkzeuge für die Verifikation beim Einsatz moderner Packaging-Technologien, wie z.B. des Mikro-Transfer-Drucks der Firma X-FAB. In dieser Arbeit soll daher das freie Layoutprogramm KLayout um ein DRC-Werkzeug für den Package-Entwurf erweitert werden. Als Skriptsprachen sind dabei vom Programm Ruby oder Python vorgesehen, wobei Python bereits in früheren Arbeiten zur Erweiterung von KLayout eingesetzt wurde.
Es sind folgende Teilaufgaben zu lösen:

  • Erarbeitung eines Konzepts für eine einfache Sprache zur Abbildung von Entwurfsregeln,

  • Implementation eines Parsers zum Einlesen dieser Sprache,

  • Erweiterung von KLayout zur Verifikation der so beschriebenen Entwurfsregeln,

  • Validierung des Konzepts durch Vergleich mit einem kommerziellen Verifikationswerkzeug,

  • Untersuchung des Laufzeitverhaltens in Hinblick auf die Skalierbarkeit.

 

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Andreas Krinke
BAR II/27, Tel. 463 34705
andreas.krinketu-dresden.de


Entwicklung eines Floorplanning-Werkzeugs

Der Layoutentwurf integrierter Schaltungen (ICs) überführt eine Netzliste in geometrische Maskendaten, die als Grundlage für die spätere Herstellung in einer Halbleiterfabrik dienen. Auf dem Weg zum Layout erfolgen zunächst eine (optionale) Partitionierung der Schaltung sowie das Floorplanning. Dabei findet eine Abschätzung der erforderlichen Chipgröße statt. Außerdem werden in diesem Schritt die Positionen und Abmessungen aller Makrozellen und Partitionen festgelegt.
Das Ziel dieser Aufgabe ist die Entwicklung eines Floorplanners, also eines Werkzeugs zur automatischen Übersetzung einer Verilog-Netzliste in einen Floorplan in Form einer DEF-Datei. Das Werkzeug soll sich dabei in den IFTE-Flow integrieren, als Bindeglied zwischen den existierenden Programmen zur digitalen Schaltungssynthese und zur Platzierung.
Programmierkenntnisse sind für diese Aufgabe von Vorteil. In der Arbeitsgruppe sind verschiedene Tutorials zur Programmierung und umfangreiche Hilfestellungen zur Verwendung vieler Software-Bibliotheken vorhanden, welche eine Einarbeitung erleichtern.

 

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Andreas Krinke
BAR II/27, Tel. 463 34705
andreas.krinketu-dresden.de


Entwicklung eines Werkzeugs zur Verdrahtung von Taktnetzen

Als Teil des am Institut entwickelten Softwarepakets für den Entwurf digitaler integrierter Schaltungen ist in früheren Arbeiten das in C++ geschriebene Verdrahtungswerkzeug Semper entstanden, das auch Schaltungen mit einer sehr großen Zahl von Netzen effizient verdrahten kann. Dieses Werkzeug soll im Rahmen dieser Arbeit um die Möglichkeit zur Verdrahtung von Taktnetzen (engl. clock tree synthesis) erweitert werden. Im Vergleich zur großen Zahl von normalen Signalnetzen existieren oft nur einzelne oder sehr wenige Taktnetze in einer typischen Schaltung. Bei ihrer Verdrahtung ist sicherzustellen, dass die Taktsignale von einer einzelnen Quelle möglichst zeitgleich an allen Senken (z.B. Takteingänge von Flip-Flops) ankommen. Dazu werden speziell konstruierte Baum-Topologien eingesetzt. Zur letztendlichen Verdrahtung dieser Topologien sind die bewährten Methoden von Semper zu verwenden.
Programmierkenntnisse sind für diese Aufgabe von Vorteil. Im besten Fall sollten Erfahrungen mit C++ vorhanden sein, diese können jedoch auch durch in der Arbeitsgruppe vorhandene Tutorials und umfangreiche Hilfestellungen zur Verwendung vieler Software-Bibliotheken zügig erworben werden.

 

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Andreas Krinke
BAR II/27, Tel. 463 34705
andreas.krinketu-dresden.de

 

 

Schnittstellennutzung bei kommerziellen Verdrahtungswerkzeugen

Kommerzielle Verdrahter sind leistungsstarke Werkzeuge für den Entwurf integrierter Schaltkreise. Sie verlegen ausgehend von einer Platzierung und der Netzliste alle Leiterbahnen im Layout. Dabei beachten sie Randbedingungen (z. B. Design Rules) und Optimierungsziele (z. B. Minimierung der Leiterbahnlänge). Über die Eingabe zusätzlicher Randbedingungen und Optimierungskriterien kann der Verdrahtungsprozess gesteuert werden.

Um ein elektromigrationsrobustes Verdrahtungsergebnis zu erzielen, sollen nun geeignete Schnittstellen zur Steuerung gängiger kommerzieller Verdrahter ermittelt werden. Ziel ist es, den Verdrahter auf elektromigrationsrobuste Leitergeometrien zu begrenzen. Dazu sind entsprechende Randbedingungen zu ermitteln, in einer für den Verdrahter verarbeitbaren Form darzustellen und auf den Verdrahtungsprozess anzuwenden.

 

Ansprechpartnerin:

Dipl.-Ing. Susann Rothe
BAR II/30, Tel.
463 35417
Susann.Rothemailbox.tu-dresden.de

 

 

FEM-Simulation von Elektromigration in integrierten Schaltkreisen

Elektromigration (EM) ist ein Zuverlässigkeitsproblem, welches in mikroelektronischen Schaltkreisen auftritt. Dabei werden die Leiterbahnen auf dem Chip durch die hohen Stromdichten beschädigt, was zum Ausfall der ganzen Schaltung führen kann. Die EM in Leiterbahnen kann mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) simuliert werden. Entsprechende Modelle stehen am Institut zur Verfügung. Die Modelle bewerten die EM-Gefährdung einer Leiterbahn anhand des sich ausbildenden hydrostatischen Stresses. In experimentellen Untersuchungen äußert sich die EM dagegen durch Voids, welche zu einem erhöhten Widerstand der Leiterbahn führen.

Zur Validierung dieser FEM-Modelle am IFTE sollen experimentelle Untersuchungen recherchiert werden, mit deren Fehlerbildern die Ergebnisse der FEM-Simulationen verglichen werden können. Dazu sind geeignete Vergleichskriterien und Prüffälle zu entwickeln. Aus den Ergebnissen sollen nötige Anpassungen und Erweiterungen der FEM-Modelle abgeleitet und implementiert werden. Dazu ist eine Einarbeitung in die Thematik der Elektromigration sowie in die Arbeit mit FEM-Werkzeugen nötig.

 

Ansprechpartnerin:

Dipl.-Ing. Susann Rothe
BAR II/30, Tel.
463 35417
Susann.Rothemailbox.tu-dresden.de


Untersuchung des Einflusses von Elektro-, Thermo- und Stressmigration

Durch die fortschreitende Strukturverkleinerung in der Mikroelektronik (14nm, 10nm, 7nm, ..., usw.) treten vermehrt Chipfehler auf. Ursache dafür sind oft ausgefallene Leiterbahnen aufgrund von Materialtransport. Der Materialtransport kann durch zu hohe Ströme, Temperaturen oder Stress verursacht sein. Ziel dieser Arbeit ist es zu untersuchen, welchen Einfluss Elektro-, Thermo- und Stressmigration in verschiedenen Einsatzgebieten haben. Dazu steht eine Simulationsumgebung am Institut zur Verfügung.

 

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Matthias Thiele
BAR II/32, Tel.
463 36263
Matthias.Thieletu-dresden.de


Finite-Elemente-Rechnung für Elektromigrationsuntersuchungen

Die Vorhersage der Lebensdauer von Leitbahnen, welche durch Elektromigration begrenzt ist, ist eine wichtige Voraussetzung für den Entwurf moderner integrierter Schaltkreise. Da für diese Vorhersage wichtige Parameter nicht exakt gemessen werden können, sind Simulationen erforderlich. Ziel der Arbeit ist es, mit Hilfe von freien Software-Paketen eine Methodik zur Berechnung Elektromigrations-relevanter Parameter zu entwickeln.

 

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Matthias Thiele
BAR II/32, Tel.
463 36263
Matthias.Thieletu-dresden.de

 


Maschinelle Lernverfahren in der Entwurfsautomatisierung

Ohne automatisierte Methoden wäre der Layoutentwurf hochkomplexer elektronischer Schaltkreise nicht möglich. Neue Herstellungstechnologien bringen jedoch immer mehr Randbedingungen mit sich, welche beim Bewerten einzelner Lösungsvarianten zu beachten sind. Dadurch steigt der Rechenaufwand innerhalb der Optimierungsalgorithmen drastisch an. Neben dem aufwendigen manuellen Erstellen reduzierter (und damit ausreichend schneller) Kostenmodelle, bieten statistische Lernverfahren die Möglichkeit kostenaufwendige Bewertungen zu "erlernen" und deren Berechnung damit wesentlich zu beschleunigen. Die Arbeit soll untersuchen, inwieweit entsprechende Ansätze in der Entwurfsautomatisierung bereits Anwendung finden. Weiterhin ist ein maschinelles Lernverfahren beispielhaft auf ein ausgewähltes Entwurfsproblem (z.B. Floorplanning) anzuwenden und einem etablierten Ansatz gegenüberzustellen.

  • Recherche über maschinelle Lernverfahren in der Entwurfsautomatisierung

  • Erarbeiten eines geeigneten Beispielproblems (z.B. Platzierung, Kostenbewertung)

  • Lösung des Beispielproblems mithilfe eines maschinellen Lernverfahrens

 

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Robert Fischbach
BAR II/30, Tel.
463 35208
Robert.Fischbachtu-dresden.de

 


Optimierung von Package-Layouts für den Mikro-Transferdruck

Moderne Anwendungsfelder wie das Internet der Dinge oder autonomes Fahren treiben die wachsende Integration unterschiedlicher Komponenten in kompakte elektronische Baugruppen immer weiter voran. Die enge Integration von Sensoren, Aktoren, analogen und digitalen Schaltkreisen benötigt geeignete Fertigungstechnologien. Eine solche neue Fertigungstechnologie ist das Micro-Transfer-Printing (µTP). µTP ermöglicht die kostengünstige Herstellung heterogener Packages (z.B. Hall-Sensor auf CMOS-Schaltkreis). Neben vielen Vorteilen stellt das µTP den Layoutentwurf jedoch vor neue Herausforderungen. So müssen beispielsweise die Layouts der Einzelbestandteile aufeinander abgestimmt sein, aber auch die Randbedingungen der Fertigungstechnologie sind zu berücksichtigen. Die Aufgabe ist die Entwicklung bzw. Implementierung von Algorithmen zum fertigungsoptimierten Layoutentwurf.

  • Einarbeitung in die Fertigungstechnologie

  • Beispielhafter Entwurf eines integrierten Sensors

  • Recherche von (fertigungsorientierten) Co-Design Algorithmen

  • Entwicklung eines auf µTP zugeschnittenen algorithmischen Ansatzes

 

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Robert Fischbach
BAR II/30, Tel.
463 35208
Robert.Fischbachtu-dresden.de

 


Nutzung von Datenflussgraphen zur Beschreibung von Entwurfsabläufen

Die Entwicklung integrierter Schaltkreise basiert auf dem Zusammenwirken vieler Einzelschritte und dem Austausch von Entwurfsdaten zwischen ihnen. Fertiger bieten den Designern eine Hilfestellung, indem sie Abläufe für die verbreitetsten Entwurfswerkzeuge in Form von Skriptsammlungen zur Verfügung stellen. Diese "Flows" können dann an den jeweiligen Bedarf angepasst werden. Mit zunehmender Komplexität der Technologien und der Verfügbarkeit alternativer Entwurfswerkzeuge für die einzelnen Entwurfsschritte nimmt der Umfang dieser Skripte immer weiter zu und deren Handhabbarkeit immer weiter ab. In der Arbeit ist zu untersuchen, inwieweit Entwurfsabläufe grafisch dargestellt und ausführbar gemacht werden können. Eine solche grafische Beschreibung des Flows hätte viele Vorteile, beispielsweise eine einfachere Zugänglichkeit der Parameter auch für nicht-programmierende Designer sowie die Möglichkeit einzelne Schritte auszutauschen und neu zu verknüpfen.

  • Recherche von geeigneten Datenflussbibliotheken

  • Erarbeiten eines beispielhaften Entwurfsablaufs (z.B. digitale Layoutsynthese)

  • Entwicklung einer Software zur grafischen Bearbeitung von Entwurfsabläufen

  • Umsetzen des Beispielablaufs

 

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Robert Fischbach
BAR II/30, Tel.
463 35208
Robert.Fischbachtu-dresden.de

 

 

 


Arbeitsgruppe Entwurf elektronischer Systeme
 

   

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Frank Reifegerste
BAR II/32, Tel.
463 36296
frank.reifegerstetu-dresden.de

 


Arbeitsgruppe Feinwerktechnische Konstruktionen und Systeme
 

   

 Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Jens Schirmer

BAR II/19, Tel. 463-33976
jens.schirmertu-dresden.de

 

   


Arbeitsgruppe Simulation und Optimierung
 

   

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Alfred Kamusella
BAR II/28, Tel. 463 35293
alfred.kamusellatu-dresden.de

   


Arbeitsgruppe Elektromechanischer Entwurf
 

 

Elektrodynamischer Kurzhubantrieb
Gegenwärtig werden am Institut für Feinwerktechnik und Elektronik-Design elektro-dynamische Direktantriebe für automatisierungstechnische Anwendungen entwickelt. Ausgehend von einem gegebenen Magnetkreis , Führungs und Aufbaukonzept soll ein derartiger translatorischer Antrieb mit einem Hub von 15 mm entwickelt, aufgebaut und getestet werden. Dazu ist nach einer Einarbeitung der Magnetkreis mittels magnetischen Netzwerkmodells und FEM zu dimensionieren, die Läuferführung auszulegen, der Antrieb im Detail zu konstruieren sowie nach Fertigung und Inbetriebnahme zu testen.
Abhängig vom Arbeitsumfang (Studien bzw. Diplomarbeit) sowie den Vorkenntnissen und Neigungen des Bearbeiters ist ggf. eine Fokussierung auf ausgewählte Teilaufgaben möglich. Bei Interesse können ähnliche, bereits realisierte Antriebsmodule im Labor besichtigt werden.


Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Thomas Bödrich
BAR II/33, Tel. 463 35250
thomas.boedrichtu-dresden.de

 

Dipl.-Ing. Johannes Ziske
BAR II/33, Tel. 463 35250
johannes.zisketu-dresden.de

 


Arbeitsgruppe Medizinische Gerätetechnik
 

 

Entwurf eines Rückflussresistors mit aktiver Arbeitspunktregelung
In der medizinischen Gerätetechnik ist es oft erforderlich, sensible Medien wie z. B. Blut zu fördern. Um die während des Pumpprozesses auftretenden mechanischen Belastungen des Mediums zu verringern, wurde am Institut eine neuartige Schlauchpumpe entwickelt, welche ohne vollständige Schlauchokklusion arbeitet. Aufgrund des dynamischen Wirkprinzips ist die Förderleistung vom Rückflusswiderstand der Pumpe abhängig. Mithilfe eines Feder-Masse-Schwingers (Resistor) ist es möglich, den Rückflusswiderstand dynamisch anzupassen. Für den Betrieb des Resistors ist der eingestellte Arbeitspunkt entscheidend.
Im Rahmen der Studienarbeit soll eine Resistorbaugruppe entworfen werden, welche eine geregelte Justage des Arbeitspunktes in Abhängigkeit hydraulischer Messwerte (Druck oder Volumenstrom) während des Betriebs ermöglicht. Dafür ist ein elektrischer Antrieb im Resistor zu integrieren, eine Regelung zu entwerfen, eine Ansteuerung für den Antrieb aufzubauen und die Baugruppe in Betrieb zu nehmen.

 

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Sebastian Pech
BAR II/35, Tel. 463 36329
sebastian.pechtu-dresden.de

 


Aufbau einer Volumenstromregelung für eine nicht-okklusive Schlauchpumpe
Das hydrodynamisch arbeitende Pumpprinzip einer nicht-okklusiven Schlauchpumpe bietet entscheidende Vorteile bei der Förderung von besonders sensiblen Medien wie z.B. Blut, da der Pumpenschlauch während des Pumpenbetriebs nicht vollständig verschlossen (okkludiert) wird. Jedoch ist aufgrund der Teilokklusion für die Abgabe von definierten Volumen, Volumenströmen und speziellen Volumenstromimpulsen stets ein Flusssensor notwendig.
Im Rahmen der Studienarbeit soll eine Regelung des von der Pumpe erzeugten Volumenstroms aufgebaut werden. Dazu soll ein bestehender Ultraschall-Durchflusssensor genutzt werden, um die Pumpe so anzusteuern, dass der gewünschte Volumenstrom bzw. Volumenstromverläufe geregelt umgesetzt werden. Außerdem ist zu prüfen, mit welcher Wiederholgenauigkeit Dosieraufgaben durchgeführt werden können.

 

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Sebastian Pech
BAR II/35, Tel. 463 36329
sebastian.pechtu-dresden.de

 

 

Entwurf eines Rückflussresistors mit justierbarer Federsteife
Am IFTE sind neuartigen Schlauchpumpen ohne vollständige Schlauchokklusion Forschungsgegenstand. Aufgrund des dynamischen Wirkprinzips dieser Pumpen wird ein Feder-Masse-Schwinger (Resistor) am Pumpenausgang eingesetzt, um den hydraulischen Innenwiderstand der Pumpe dynamisch anzupassen. Im aktuellen Resistor wird dafür eine Spiralfeder mit konstanter Federsteife verwendet, deren Vorspannung (Arbeitspunkt) manuell justierbar ist.
Im Rahmen der Studienarbeit soll ein Lösungskonzept erarbeitet und umgesetzt werden, welches die Spiralfeder mit einem anderen Federelement ersetzt. Bei diesem Federelement soll die Federsteife verstellbar sein, damit der Resistor während des Pumpbetriebs angepasst werden kann. Als Ausgangspunkt der Studienarbeit soll der bestehende Resistor analysiert werden. Darauf aufbauend ist nach alternativen Lösungskonzepten des Federelements zu recherchieren und der beste Ansatz auszuwählen. Im Anschluss daran soll ein Funktionsmuster des neuen Resistors entworfen, aufgebaut und in Betrieb genommen werden. Abschließend ist die Funktionsweise der Baugruppe messtechnisch zu überprüfen.

 

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Sebastian Pech
BAR II/35, Tel. 463 36329
sebastian.pechtu-dresden.de

 

 

 

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. René Richter
BAR II/35, Tel. 463 36329
rene.richtertu-dresden.de

 

 

 

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Letzte Änderung: 06.10.2021