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Technische Universität Dresden
Institut für Feinwerktechnik und
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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
 


Elektronik- bzw. Sensor-Entwurf

In Zusammenarbeit mit der Dresdner Firma InfraTec GmbH werden folgende Themen angeboten:

(1) Konstruktion und Aufbau von Demonstratoren für Fabry-Pérot-(FP)-Mikrospektrometer: Es soll ein Messedemonstrator für einen ausgesuchten Anwendungsfall konstruiert, aufgebaut und getestet werden, beispielsweise für:

  • Messungen sehr geringer Konzentrationen von VOCs bzw. Kohlenwasserstoffgasen im ppm-Bereich. Dazu sind eine Langwegzelle (Multireflexionszelle) und ein hochempfindlicher Halbleiterdetektor zu nutzen.

  • Analyse von Flüssigkeiten mittels abgeschwächter Totalreflexion (ATR). Dazu sind ggf. zwei FP-Detektoren parallel zu betreiben.

(2) Charakterisierung von MIR-LED-Strahlern und Optimierung der Betriebsparameter: Als Strahlungsquelle für IR-Gassensoren zeigen sich LEDs zunehmend als eine interessante Alternative zu thermischen Emittern. Aktuell gibt es einige Neuentwicklungen verschiedener Hersteller, die im Rahmen dieser Arbeit charakterisiert werden sollen.

  • Vergleichende Untersuchung von LEDs verschiedener Hersteller hinsichtlich maximaler Abstrahlung durch optimierte Betriebsbedingungen, Einfluss der Temperatur sowie passiver Kühlkörper zur Wärmeabfuhr, geometrische Abstrahlcharakteristik, spektraler Verteilung sowie Ansprechzeiten

  • Verbesserung eines vorhandenen Messplatzes hinsichtlich des Aufbaus sowie Implementierung der Software für eine automatisierte Ansteuerung und Datenerfassung

 

Ansprechpartner:

Prof. Dr.-Ing. habil. Jens Lienig
BAR II/20D, Tel. 463 34742
Jens.Lienigtu-dresden.de


Bestimmung von Reibparametern

Verschleißvorgänge in mechatronischen Systemen werden unter anderem durch Reibung hervorgerufen. Deshalb ist die genaue Charakterisierung von Parametern für Reibvorgänge erforderlich. Häufig sind die auftretenden Reibkräfte abhängig von Geschwindigkeit, Normalkraft und Oberflächenbeschaffenheit. Um den Reibprozess zu modellieren, sind deshalb zahlreiche Messungen erforderlich. Diese sind an einem zu erstellenden Versuchsaufbau durchzuführen.

 

Ansprechpartner:

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


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:

Dipl.-Ing. Andreas Krinke
BAR II/27, Tel.
463 34705
Andreas.Krinketu-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:

Dipl.-Ing. Steve Bigalke
BAR II/27, Tel.
463 34705
steve.bigalketu-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:

Dipl.-Ing. Steve Bigalke
BAR II/27, Tel.
463 34705
steve.bigalketu-dresden.de


Untersuchung von kommerziellen Verdrahtungswerkzeugen hinsichtlich ihrer Beeinflussbarkeit

Im digitalen Schaltungsentwurf existieren Entwurfswerkzeuge deren Funktionsumfang sehr universell gestaltet ist. Ein Beispiel dafür sind die bereitgestellten Schnittstellen eines Verdrahtungswerkzeuges. Bei diesem können Randbedingungen wie die Leiterbahnbreite extern vorgegeben werden und der Verdrahter berücksichtigt diese bereits während der Layoutgenerierung. Ziel dieser Arbeit ist es, diese Schnittstellen genauer zu untersuchen und zu charakterisieren. Dabei ist zu analysieren, in wie weit kommerzielle Tools am Markt durch externe Randbedingungen beeinflussbar sind und wie sich diese Randbedingungen im späteren Layout auswirken.

 

Ansprechpartner:

Dipl.-Ing. Steve Bigalke
BAR II/27, Tel.
463 34705
steve.bigalketu-dresden.de


Grundsteinlegung und Implementierung eines „timing-driven Placers“

Die digitale Schaltungserstellung wird oft iterative ausgeführt, da das initiale Ergebnis meist nicht allen Taktvorgaben genügt. Diesem Problem kann durch ein „timing-driven Placment“, also eine taktgesteuerte Platzierung, entgegen gewirkt werden. Dabei platziert man zeitkritische Standardzellen möglichst nahe aneinander, sodass die Mehrheit der Taktrandbedingungen eingehalten werden können. Ziel dieser Arbeit ist es, den Stand der Technik aufzuarbeiten und grundlegende Einflussfaktoren herauszuarbeiten. Außerdem soll ein geeigneter Platzierungsalgorithmus ausgewählt und später in C/C++ implementiert werden. Durch diese Arbeit soll der Grundstein für einen „timing-driven Placer“ gelegt werden.

 

Ansprechpartner:

Dipl.-Ing. Steve Bigalke
BAR II/27, Tel.
463 34705
steve.bigalketu-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:

Dipl.-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
 


Entwicklung einer Elektronik für hochgenaue Temperaturmessungen

Zielsetzung: In verschiedenen Versuchsständen und Geräten müssen Temperaturen digital sehr genau erfasst werden. Hierfür kamen bislang unterschiedliche Lösungen zum Einsatz. Ausgehend von den bisherigen Arbeiten und der Recherche geeigneter Messverfahren ist ein Anforderungskatalog abzuleiten. Anschließend ist eine universelle miniaturisierte Elektronikbaugruppe zu entwerfen, in Betrieb zu nehmen und zu charakterisieren.

Es sind folgende Teilaufgaben zu lösen:

  • Einarbeiten in den Arbeitsstand,

  • Recherche, Erstellen eines Anforderungskatalogs,

  • Schaltungsentwicklung, Aufbau und Inbetriebnahme,

  • Implementieren der Kennlinienkorrektur und des Kommunikationsprotokolls in der Programmiersprache C,

  • Charakterisieren und Dokumentieren der Ergebnisse.

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
jens.schirmertu-dresden.de

 


Arbeitsgruppe Simulation und Optimierung
 


Literatur- und Patent-Recherche zu planaren magnetohydrodynamischen Flüssigmetall-Generatoren für thermodynamische Planarmaschinen
Thermodynamische Planarmaschinen (TPM) sind Wärmekraftmaschinen zur Elektroenergie-Erzeugung im Leistungsbereich zwischen 20 und 50 W, deren thermodynamisches System in ein planares Substrat integriert ist. Im Rahmen dieser Studienarbeit ist eine Literatur- und Patentrecherche zu planaren magnetohydrodynamischen Flüssigmetall-Generatoren (LMG) als mögliche mechano-elektrische Wandler durchzuführen. Folgende Teilaufgaben sind zu lösen:

- Literatur- und Patent-Vorrecherche zu technischen Lösungen

- Erstellung eines technischen Konzepts

- Detaillierte Literatur- und Patentrecherche zum aktuellen Stand der Technik

- Auswertung hinsichtlicher der Anforderungen hinsichtlich einer konkreten TPM

- Detaillierte Beschreibung des Gesamtsystems anhand des Stands der Technik

- Beschreibung der wesentlichen Entwicklungsaufgaben für eine technische Umsetzung

 

Ansprechpartner:

Dr. rer. nat. Gunter Kaiser
BAR II/28, Tel. 463 35293
gunter.kaiserBeschreibung: Beschreibung: \\samba.zih.tu-dresden.de\ifwt\wwwroot\images\ed.giftu-dresden.de


Literatur- und Patent-Recherche sowie dessen detaillierte Auswertung zu thermischen Planarsystemen für thermodynamische Planarmaschinen
Thermodynamische Planarmaschinen (TPM) sind Wärmekraftmaschinen zur Elektroenergie-Erzeugung im Leistungsbereich zwischen 20 und 50 W, deren thermodynamisches System in ein planares Substrat integriert ist. Im Rahmen dieser Studienarbeit ist eine Literatur- und Patentrecherche zum Stand der Technik hinsichtlich thermischer Planarsysteme (TPS) zur Beheizung und Kühlung von TPM durchzuführen. Folgende Teilaufgaben sind zu lösen:

- Literatur- und Patent-Vorrecherche zu Gesamtsystem- und Subsystem-Lösungen

- Erstellung eines Gesamtsystem-Konzepts und Teilkonzepten für die Subsysteme

- Detaillierte Literatur- und Patentrecherche zum aktuellen Stand der Technik

- Auswertung hinsichtlicher der Anforderungen hinsichtlich einer konkreten TPM

- Beschreibung des Gesamtsystems und der Subsysteme anhand des Stands der Technik

- Beschreibung der wesentlichen Entwicklungsaufgaben für eine technische Umsetzung

 

Ansprechpartner:

Dr. rer. nat. Gunter Kaiser
BAR II/28, Tel. 463 35293
gunter.kaiserBeschreibung: Beschreibung: \\samba.zih.tu-dresden.de\ifwt\wwwroot\images\ed.giftu-dresden.de


Gaskältemaschinen für den Einsatz in Haushalts-Kühlgeräten
Die Kryotechnik beschreibt Kältemaschinen zur Erzeugung tiefster Temperaturen. Damit sind allgemein Temperaturen unterhalb von ‑200 °C gemeint. Die Wirkungsweise der Kryokühler basiert fast ausschließlich auf Kaltgasprozessen. Das sind im Gegensatz zu den Kompressionskälteprozessen heutiger Hausgeräte, thermodynamische Kreisprozesse ohne Phasenübergang des Arbeitsgases. Kaltgasprozesse haben prinzipiell eine deutlich größere Energieeffizienz als die Kaltdampfprozesse der Kühl-, Gefrier-, oder Klimatisierungsgeräte. Zudem ist der technische Aufbau der Gaskältemaschinen im Vergleich zu Kaltdampfmaschinen sehr einfach.

Im Rahmen der Diplomarbeit ist durch eine Prozesssimulation zu klären, ob die Kaltgastechnik durch gezielte Auslegung in den genannten Hausgeräten sinnvoll einsetzbar ist. Dazu müssen Zieltemperatur und Kälteleistung aus dem kryogenen Temperaturbereich in den Bereich der Haushaltskälte (-25 °C, 50 bis 250 W) gehoben werden.

 

Ansprechpartner:

Dr. rer. nat. Gunter Kaiser
BAR II/28, Tel. 463 35293
gunter.kaiserBeschreibung: Beschreibung: \\samba.zih.tu-dresden.de\ifwt\wwwroot\images\ed.giftu-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.Boedrich
Beschreibung: Beschreibung: \\samba.zih.tu-dresden.de\ifwt\wwwroot\images\ed.giftu-dresden.de

 

Dipl.-Ing. Johannes Ziske
BAR II/33, Tel. 463 35250
johannes.ziske
Beschreibung: Beschreibung: \\samba.zih.tu-dresden.de\ifwt\wwwroot\images\ed.giftu-dresden.de

 


Arbeitsgruppe Medizinische Gerätetechnik
 


Entwurf und Optimierung eines Rückflussresistors
In der medizinischen Gerätetechnik ist es oft erforderlich, sensible Medien zu fördern. Speziell beim Einsatz in extrakorporalen Blutkreisläufen hat eine mechanische Belastung des Pumpmediums eine Schädigung des Blutes zur Folge. Um die auftretenden mechanischen Belastungen 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.
Als Ausgangspunkt der Studienarbeit soll ein bestehender Resistor analysiert werden. Darauf aufbauend ist ein Simulationsmodell zu entwerfen und hinsichtlich der vorgegebenen Randbedingungen zu optimieren. Auf Basis der Optimierungsergebnisse soll ein Funktionsmuster entworfen, aufgebaut und in Betrieb genommen werden. Abschließend ist die Funktionsweise des optimierten Resistors messtechnisch zu überprüfen.

 

Ansprechpartner:

Dipl.-Ing. Sebastian Pech
BAR II/35, Tel. 463 36329
sebastian_pech
Beschreibung: Beschreibung: \\samba.zih.tu-dresden.de\ifwt\wwwroot\images\ed.giftu-dresden.de

 

 

 

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Themen für studentische Arbeiten

 

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Letzte Änderung: 15.10.2018