MODULHANDBUCH MASTERSTUDIENGANG LEISTUNGS- UND MIKROELEKTRONIK FAKULTÄT TECHNIK HOCHSCHULE REUTLINGEN

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1 MODULHANDBUCH MASTERSTUDIENGANG LEISTUNGS- UND MIKROELEKTRONIK FAKULTÄT TECHNIK HOCHSCHULE REUTLINGEN

2 Vorbemerkung: Im Folgenden werden die in der Studien- und Prüfungsordnung angegebenen Module des Studiengangs im Einzelnen beschrieben. Für jedes Modul stehen auf einer einleitenden Seite Informationen, die für das gesamte Modul gelten. Anschließend werden die einzelnen Lehrveranstaltungen des Moduls auf jeweils einer weiteren Seite dargestellt. Die Nennung von Voraussetzungen für bestimmte Veranstaltungen ist als Information an die Studierenden zu verstehen, welche Kenntnisse sie besitzen müssen, um eine dargestellte Lehrveranstaltung mit Erfolg absolvieren zu können. Es ist nicht vorgesehen, das formale Vorliegen dieser Voraussetzungen bei der Belegung von Lehrveranstaltungen zu überprüfen und gegebenenfalls Studierende von der Teilnahme an Veranstaltungen auszuschließen, etwa weil sie die Prüfung in einer als Voraussetzung genannten vorhergehenden Veranstaltung nicht bestanden haben. Soweit im Modulhandbuch Wahlpflichtmodule beschrieben werden, bedeutet dies nicht, dass ein in der Studien- und Prüfungsordnung geforderter Wahlpflichtbereich ausschließlich durch diese Module abgedeckt werden muss. Es sind auch Module aus anderen Studiengängen der und mit Genehmigung des zuständigen Prüfungsausschusses auch aus Studiengängen anderer Fakultäten wählbar. B-1

3 Inhalt Modulkatalog Leistungs- und Master Liste der Module nach Semestern 1. Semester 2. Semester 3. Semester 4. Semester LEM 1 LEM 2 LEM 3 LEM 4 LEM 5 LEM 6 LEM 7 LEM 8 LEM 9 LEM 10 LEM 11 LEM 12 LEM 13 B-2

4 Inhalt Sem. 1: Sem. 2: Sem. 3: Sem. 4: LEM1 Grundlagen der Halbleiterbauelemente LEM2 Design Integrierter Schaltkreise I LEM3 Physik der Mikro- und Leistungselektronik LEM4 Leistungselektronik LEM5 Design Integrierter Schaltkreise II LEM6 Parasitäre Strukturen ESD/EMV LEM7 Design von Hochfrequenz-Schaltkreisen LEM8 Wahlpflichtfächer LEM9 Aufbau- und Verbindungstechnik LEM10 Design Integrierter Schaltkreise III LEM11 Projektarbeit LEM12 Wahlpflichtfächer LEM13 Abschlussarbeit B-3

5 Inhalt Liste der Module nach Fachgruppen 1. Theorie der Elektrotechnik * LEM1 LEM3 LEM4 LEM9 2. Praktika und Projektarbeit LEM1-02 LEM2-02 LEM2-04 LEM4-02 LEM5-02 LEM5-04 LEM7-02 LEM10-02 LEM10-04 LEM11 3. Schwerpunkt Entwurf von integrierten Schaltungen * LEM2 LEM5 LEM6 LEM7 LEM10 4. Wahlpflichtbereich LEM8 LEM12 5. Master-Thesis LEM13 * Jeweils ohne die unter Nummer 2 aufgeführten Praktika. B-4

6 Liste der Wahlpflichtfächer Inhalt Technische Fächer: LEMW1 Entwurfswerkzeuge LEMW2 Materialien und Passive Komponenten LEMW3 Herstellung von Leistungshalbleitern LEMW4 Entwicklung von Leistungshalbleitern LEMW5 IC-Test LEMW6 Anwendungen der Leistungs- und LEMW7 Beschreibungssprachen LEMW8 Digital-Design in CMOS-Technologie LEMW9 Integrierte Sensoren LEMW10 Programmierbare Architekturen Nicht-Technische Fächer: LEMW11 Business- und Fachenglisch LEMW12 Kosten- und Leistungsrechnung B-5

7 LEM1 Grundlagen der Halbleiterbauelemente Modulbeauftragter: Prof. LE Sem.: 1 SWS: 5 ECTS: 7 Lernziele und Kompetenzen: Die Studierenden haben einen Überblick über moderne Halbleiter- und Leistungshalbleiterbauelemente. Neben Aufbau und Funktion von (Leistungs-) Halbleitern kennen sie die grundlegende Physik der Bauelemente, sowie ihre Ersatzschaltbilder. Typische schaltungstechnische Problemstellungen können von den Studierenden unter Anwendung der Modelle und der üblichen Rechnungen selbständig bearbeitet und gelöst werden. Fachgruppe: Theorie der Elektrotechnik/ Praktika und Projektarbeit Lehrveranstaltung: Fachname I: Fachname II: Grundlagen der Halbleiterbauelemente Grundlagen der Halbleiterbauelemente Praktikum Arbeitsaufwand: Anwesenheit in Vorlesung, Labor, Übung : Vorbereitung und Nachbearbeitung: Gesamtzeit: 90 h 120 h 210 h Zuordnung zum Curriculum: Leistungs- und (Master)/Pflicht Bewertungsmodus / Erläuterung Gesamtnote: Note gem. Studien- und Prüfungsordnung B-6

8 LEM1-01 LEM1 Grundlagen der Halbleiterbauelemente Lehrveranstaltung: Grundlagen der Halbleiterbauelemente Sem.: 1 SWS: 4 ECTS: 5 Voraussetzungen: Voraussetzung für: Prof. LE/ NN Klausur K2 LEM1 Grundlagen der Halbleiterbauelemente Deutsch Mathematische und physikalische Grundlagen aus dem Bachelorstudium, LEM1-01 kann auch parallel zu LEM3 gehört werden. LEM6, LEM7, LEMW3, LEMW4 Die Studierenden haben einen Überblick über moderne Halbleiter- und Leistungshalbleiterbauelemente und kennen deren Ersatzschaltbilder. Neben Aufbau und Funktion von (Leistungs-) Halbleitern kennen sie die grundlegende Physik der Bauelementefunktionen. Inhalt: 1) Grundlagen der Halbleiterphysik - Eigenleitung, Bandlücke und Massenwirkungsgesetz - Störstellenleitung und Bandstruktur - Grundgleichungen (Drift-Diffusion, Bilanz und Poisson) 2) Dioden - Feld- und Potentialverlauf des pn-übergangs - Diodenkennlinie (Schockley-Theorie) - Ersatzschaltung einer Diode - Sperr- und Durchbruchsverhalten - Flusskennlinie bei hohen Stromdichten - pin-diode - Schottky-Diode - Hetero-Übergänge - Schaltverhalten von Dioden 3) Bipolare (Leistungs-) Transistoren - Aufbau und Wirkungsweise - Ersatzschaltung - Betrieb bei hohen Kollektorströmen - Durchbruchsmechanismen - Schaltverhalten - Darlington-Schaltung 4) MOS-Feldeffekt-(Leistungs-)Transistoren - MOS-Grundstruktur - Flachbandspannung, Betriebszustände und Inversion - Lateraler MOS-Feldeffekt-Transistor - Schwellspannung - Theorie der Ladungssteuerung - Vertikale MOS-Feldeffekt-Transistoren - Aufbau und Wirkungsweise - Ersatzschaltung - Parasiten - Schaltverhalten - Superjunction MOSFET B-7

9 LEM1-01 LEM1 Grundlagen der Halbleiterbauelemente 5) Insulated-Gate Transistor (IGBT) - Aufbau und Wirkungsweise - Ersatzschaltung - Schalt- und Latchverhalten - Transparenter Emitter - IGBT-Varianten 6) Thyristoren - Aufbau und Wirkungsweise - Zündbedingung - Kennliniengleichung - Schaltverhalten (kritische Strom- und Spannungssteilheit) - Abschaltbarer Thyristor (GTO) - MOS gesteuerte Varianten - Reihen- und Parallelschaltung 7) Thermisches Verhalten - Entstehung von Verlustleistung - Abführung von Verlustleistung - Thermisches Ersatzschaltbild Vorlesung Literatur: U. Tietze, Ch. Schenk, Halbleiter-Schaltungstechnik, Springer-Verlag, 2009 Y. Taur, et al., Fundamental of Modern VLSI Devices, Cambridge UP, 2009 J. Rabaey, et al., Digital Integrated Circuits, Prentice Hall, 2002 R. Müller, Grundlagen der Halbleiter-Elektronik, Springer-Verlag, 1979 R. Müller, Bauelemente der Halbleiter-Elektronik, Springer-Verlag, 1979 R. Paul, MOS-Feldeffekttransistoren, Springer-Verlag, 1994 S.M. Sze, Physics of Semiconductor Devices, John Wiley & Sons, 1981 K. Heumann, Grundlagen der Leistungselektronik, B.G. Teubner, 1985 G. Hagmann, Leistungselektronik: Grundlagen und Anwendungen, Aula-Verlag, 1993 B.J. Baliga, Power Semiconductor Devices, PWS Publishing Company, 1996 A. Goetzberger, B. Voß, J. Knoblich, Sonnenenergie: Photovoltaik, Teubner, 1994 B. Murari, F. Bertotti, G. A. Vignola, Smart Power ICs, Springer-Verlag, 1996 D. Widmann, et al., Technologie hochintegrierter Schaltungen, Springer-Verlag, 1996 S.M. Sze, Semiconductor Devices, Wiley, 2002 J. Lutz, Halbleiter-Leistungsbauelemente, Springer-Verlag 2006 Skripte/Medien: Vorlesungsskript B-8

10 LEM1-02 LEM1 Grundlagen der Halbleiterbauelemente Lehrveranstaltung: Grundlagen der Halbleiterbauelemente Praktikum Sem.: 1 SWS: 1 ECTS: 2 Voraussetzungen: Voraussetzung für: Inhalte: Prof. LE/ NN Laborarbeit/ Testat LEM1 - Grundlagen der Halbleiterbauelemente Deutsch LEM1-01 LEM2-02, LEM4-02, LEM5-02 Typische Problemstellungen können von den Studierenden unter Anwendung der üblichen Methoden selbständig bearbeitet und gelöst werden. Die Studierenden sind in der Lage, Messungen an Leistungshalbleitern durchzuführen und die Messergebnisse mit dem Modell des Halbleiters zu erklären und mathematisch zu verifizieren. 1) Messtechnische Bestimmung von elektrischen Kenndaten bei verschiedenen Temperaturen an - Dioden - Bipolare Transistoren - MOS-Transistoren - IGBTs 2) Kapazitätsmessungen an Halbleiterbauelementen 3) Schaltzeitmessungen an Dioden 4) Parametrisierung von Ersatzschaltungen Literatur: Skripte/Medien: Praktikum Praktikumsanleitung Umdrucke B-9

11 LEM2 Design Integrierter Schaltkreise I Modulbeauftragter: Prof. EDA/ Prof. IS Sem.: 1 SWS: 6 ECTS: 8 Lernziele und Kompetenzen: Die Studierenden beherrschen den FPGA-Entwurfsprozess einschließlich der Test- und Verifikationsmethoden des Entwurfs in Theorie und Praxis. Darüber hinaus verfügen sie über detaillierte Kenntnisse über verschiedene Software-Tools, die in diesem Zusammenhang notwendigen Test- und Messmethoden sowie Kenntnisse zur Anwendung analoger Schaltungstechniken und über die Nutzung analogintegrierter Schaltkreise. Die Studierenden sind in der Lage, die erworbenen Kenntnisse in praktischen Fallbeispielen anzuwenden und elektronische Grundschaltungen selbständig zu entwerfen und zu optimieren. Fachgruppe: Schwerpunkt Entwurf von integrierten Schaltungen / Praktika und Projektarbeit Lehrveranstaltung: Fachname I: Fachname II: Fachname III: Fachname IV: Synthese Digitaler Schaltkreise Synthese Digitaler Schaltkreise Praktikum Design Integrierter Analoger Schaltkreise I Design Integrierter Analoger Schaltkreise I Praktikum Arbeitsaufwand: Anwesenheit in Vorlesung, Labor, Übung : Vorbereitung und Nachbearbeitung: Gesamtzeit: 90 h 150 h 240 h Zuordnung zum Curriculum: Leistungs- und (Master)/ Pflicht Bewertungsmodus / Erläuterung Gesamtnote: Note gem. Studien- und Prüfungsordnung B-10

12 LEM2-01 LEM2 Design Integrierter Schaltkreise I Lehrveranstaltung: Synthese Digitaler Schaltkreise Sem.: 1 SWS: 2 ECTS: 2 Prof. EDA/ NN Klausur K1 LEM2 Design Integrierter Schaltkreise I Deutsch Voraussetzungen: Voraussetzung für: Inhalte: LEM12 Die Studierenden verfügen über Kenntnisse des FPGA-Design-Prozesses und den in diesem Zusammenhang notwendigen Test- und Messmethoden. Sie beherrschen VHDL und kennen dessen Besonderheiten. Mit der Synthese und Analyse digitaler Schaltungen sind sie vertraut. 1.) FPGA-Strukturen Funktionsprinzip Aufbau und Struktur Entwurfsschritte und -werkzeuge 2.) VHDL Funktionsweise Simulation und Verifikation von VHDL-Code Unterschiede und Gemeinsamkeiten zu klassischen Programmiersprachen 3.) Synthese und Analyse digitaler Schaltungen Grundlagen: Boolesche Algebra Kombinatorische Schaltungen Digitale Automaten Rolle der in der produktherstellenden Industrie Entwurfsstrategien für mikroelektronische Schaltungen und Systeme Demonstration des Entwurfs einer komplexen digitalen Schaltung auf PLD-Basis mit einem kommerziellen Designtool auf PC-Rechentechnik Funktionsnachweis im Modul LEM2-02. Literatur: Skripte/Medien: Vorlesung D. Perry: VHDL - Programming by example A. Sikora: Programmierbare Logikbauelemente M. Burns: An Introduction to Mixed-Signal IC Test and Measurement Vorlesungsmanuskript oder Textbücher B-11

13 LEM2-02 LEM2 Design Integrierter Schaltkreise I Lehrveranstaltung: Synthese Digitaler Schaltkreise Praktikum Sem.: 1 SWS: 1 ECTS: 2 Prof. EDA/ NN Laborarbeit/Testat LEM2 Design Integrierter Schaltkreise I Deutsch Voraussetzungen: Voraussetzung für: Inhalte: LEM12 Die Studierenden verfügen über Praxis im FPGA-Design-Prozess und den in diesem Zusammenhang notwendigen Test- und Messmethoden. 1) FPGA Synthese (z.b. Altera/ Xilinx) 2) Synthese (Synopsys DC) 3) Versuchsdesign/ ATPG (Synopsys Tmax) 4) Messtechnischer Funktionsnachweis an einem aufgebauten Versuch Literatur: Skripte/Medien: Labor D. Perry: VHDL - Programming by example A. Sikora: Programmierbare Logikbauelemente M. Burns: An Introduction to Mixed-Signal IC Test and Measurement Laborunterlagen und Laborversuche B-12

14 LEM2-03 LEM2 Design Integrierter Schaltkreise I Lehrveranstaltung: Design Integrierter Analoger Schaltkreise I Sem.: 1 SWS: 2 ECTS: 2 Voraussetzungen: Voraussetzung für: Inhalte: Prof. IS/ NN Klausur K1 LEM2 - Design Integrierter Schaltkreise I Deutsch Sonstiges (Bachelor) LEM5, LEM6, LEM7, LEM10 Die Studierenden verfügen über Kenntnisse zur Anwendung analoger Schaltungstechniken und die Nutzung analogintegrierter Schaltkreise. Sie sind zum selbstständigen Entwurf und zur Optimierung von elektronischen Grundschaltungen vorwiegend im Gleichstrombereich in der Lage. 1) Einfache Modelle Grundlegende Modell-Prinzipien (Groß-/Kleinsignal-Modelle, Temperatur, Rauschen) Modelle für Dioden, Bipolar- und MOS-Transistoren Einführung in PSice 2) Grundschaltungen Emitter-, Kollektor- und Basisschaltung Source-, Drain- und Gateschaltung 3) Grundfunktionen Stromquellen, Stromspiegel Spannungs- und Stromreferenzen (Bandgap, TK0-Quellen etc.) Interne Spannungsversorgung Pegelumsetzer Schalter, aktive Lasten 4) Verstärker Eingangsstufen, Ausgangsstufen (Rail-to-Rail, Tri-state, ) Wichtige OP-Schaltungen Offset und Rauschen Komparator, Schmitt Trigger Literatur: Skripte/Medien: Vorlesung W. Sansen: Analog Design Essentials Gray/Meyer: Analysis and Design of Analog Integrated Circuits Tietze/Schenk: Halbleiterschaltungstechnik Vorlesungsskript, Folien B-13

15 LEM2-04 LEM2 Design Integrierter Schaltkreise I Lehrveranstaltung: Design Integrierter Analoger Schaltkreise I Praktikum Sem.: 1 SWS: 1 ECTS: 2 Voraussetzungen: Voraussetzung für: Inhalte: Prof. IS/ NN Laborarbeit/ Testat LEM2 - Design Integrierter Schaltkreise I Deutsch LEM2-03 LEM5, LEM6, LEM10 Die Studierenden verfügen über praktische Erfahrungen in der Anwendung der in der Vorlesung LEM2-03 vermittelten Kenntnisse. - Dimensionierung von Grundschaltungen - Überprüfung der Berechnungen durch Simulation - Überprüfung durch Messung an aufgebauten Schaltungen - Absicherung von Schaltungsparametern durch worst case -Simulationen (Temperatur, Technologie, Matching, ) Literatur: Skripte/Medien: Praktikum Vorlesungsskript Umdrucke B-14

16 LEM3 Physik der Mikro- und Leistungselektronik Modulbeauftragter: Prof. LE Sem.: 1 SWS: 4 ECTS: 6 Lernziele und Kompetenzen: Die Studierenden sind mit den grundlegenden Beschreibungen der Festkörperphysik vertraut. Die Ursächlichkeit der phänomenologischen Beschreibung der Bauelementemodelle in der chemischen Bindung im periodischen Festkörper ist verstanden. Fachgruppe: Theorie der Elektrotechnik Lehrveranstaltung: Fachname I: Physik der Mikro- und Leistungselektronik Arbeitsaufwand: Anwesenheit in Vorlesung, Labor, Übung : Vorbereitung und Nachbearbeitung: Gesamtzeit: 60 h 120 h 180 h Zuordnung zum Curriculum: Leistungs- und (Master)/ Pflicht Bewertungsmodus / Erläuterung Gesamtnote: Note gem. Studien- und Prüfungsordnung B-15

17 LEM3-01 LEM3 Physik der Mikro- und Leistungselektronik Lehrveranstaltung: Physik der Mikro- und Leistungselektronik Sem.: 1 SWS: 4 ECTS: 6 Voraussetzungen: Voraussetzung für: Inhalte: Prof. LE/ NN Klausur K2 LEM3 - Physik der Mikro- und Leistungselektronik Deutsch Physikalische und mathematische Grundlagen aus dem Bachelorstudium LEM6, LEMW2, LEMW4 Die Studierenden besitzen grundlegende Kenntnisse der Materialien, wie sie für passive Bauelemente, wie Kondensatoren und Spulen verwendet werden. Sie kennen die grundlegenden Festkörperphysikalischen Beschreibungen von Leitern, Halbleitern und Isolatoren und deren technische Realisierungsform. Im Bereich der magnetischen Materialien sind die festkörperphysikalischen Grundlagen verstanden und deren Auswirkungen in technischen Realisierungen und Schaltungsanwendungen bekannt. Grundlagen der Festkörperphysik: - chemische Bindung im Festkörper - Kristallstrukturen - Beugungen an periodischen Strukturen - Dynamik von Kristallgittern - Freie Elektronen im Festkörper und elektronische Bänder im Festkörper - Bewegung von Ladungsträgern und Transportphänomene - Halbleiter (Ladungsträgerdichte, Leitfähigkeit) - Ferromagnetismus und Supraleiter - Dielektrische Eigenschaften der Materie Literatur: Skripte/Medien: Vorlesung H. Ibach/ H. Lüth, Festkörperphysik, Einführung in die Grundlagen Vorlesungsskript, Folien B-16

18 LEM4 Leistungselektronik Modulbeauftragter: Prof. LE/ Prof. Dipl.-Ing. Ulrich Schlienz Sem.: 1 SWS: 6 ECTS: 9 Lernziele und Kompetenzen: Die Studierenden kennen die klassischen Wandler der Leistungselektronik, können alle relevanten Ströme und Spannungen berechnen sowie die Leistungsbauelemente dimensionieren. Sie verstehen das Funktionsverhalten von Schaltnetzteilen und können die Belastung der Leistungsbauelemente analytisch berechnen. Die Studierenden sind in der Lage, die Anforderungen an die Steuer- und Regelelektronik für den Leistungsteil detailliert zu spezifizieren. Fachgruppe: Theorie der Elektrotechnik/ Praktika und Projektarbeit Lehrveranstaltung: Fachname I: Fachname II: Leistungselektronik Leistungselektronik Praktikum Arbeitsaufwand: Anwesenheit in der Vorlesung : Nachbearbeitungszeit : Praktikum, inkl. Vorbereitung: Gesamtzeit : 90 h 130 h 50 h 270 h Zuordnung zum Curriculum: Leistungs- und (Master) / Pflicht Bewertungsmodus / Erläuterung Gesamtnote: Note gem. Studien- und Prüfungsordnung B-17

19 LEM4-01 LEM4 Leistungselektronik Lehrveranstaltung: Leistungselektronik Sem.: 1 SWS: 4 ECTS: 6 Voraussetzungen: Voraussetzung für: Prof. Dipl.-Ing. Ulrich Schlienz (/ Prof. LE) Klausur K2 LEM4 - Leistungselektronik Deutsch Grundlagen der Elektrotechnik (Bachelorstudium) LEM4-02 (Praktikum verzahnt mit Vorlesung), LEM6, LEM9, LEM13 Die Studierenden kennen die klassischen Wandler der Leistungselektronik mit allen realen Eigenschaften der Leistungsbauelemente. Sie können alle relevanten Ströme und Spannungen berechnen sowie die Leistungsbauelemente dimensionieren. Sie kennen das Schaltverhalten von MOSFETs und IGBTs sowie die parasitären Eigenschaften von induktiven Bauelementen und Kondensatoren und können die Verlustleistungen aller Leistungsbauelemente berechnen. Sie kennen die EMV-kritischen Vorgänge und können die EMV-relevanten Pfade mit Hilfe der Strompfad-Analyse herausfinden. Inhalte: 1) Grundlagen der Energiespeicher und ihre Verwendung in der Leistungselektronik 2) Behandlung der klassischen Wandler, die da sind: Aufwärtswandler und Abwärtswandler Sperrwandler Eintaktflusswandler und Gegentaktflusswandler Ergänzungen einiger Derivate der klassischen Wandler 3) Das T-Ersatzschaltbild des Transformators 4) Ersatzschaltbilder von MOSFETs, Kondensatoren und induktiven Bauelementen und deren Anwendung zur Berechnung und Dimensionierung von Schaltreglern. 5) Anforderungen an das Layout der Leiterplatte unter den Gesichtspunkten der Wärmeableitung und der EMV 6) Vorstellung und Besprechung der für die Ansteuerung der Leistungsbauelemente notwendigen Treiberschaltungen, Unterscheidung zwischen - galvanisch gekoppelten und - potentialgetrennten Treiberschaltungen 7) Regelung und PWM-Erzeugung Vorlesung mit einzelnen Übungen B-18

20 LEM4-01 LEM4 Leistungselektronik Literatur: Anke, Dieter: Leistungselektronik, Oldenbourg, ISBN: Beckmann: Getaktete Stromversorgungen, Franzis, ISBN: Heumann/Stumpe: Thyristoren, B.G. Teubner, ISBN: X Heumann, K.: Grundlagen der Leistungselektronik, Teubner, ISBN: Hirschmann, W.; Hauenstein, A.: Schaltnetzteile, Siemens, ISBN: Kilgenstein, Otmar: Schaltnetzteile in der Praxis, Vogel, ISBN: Lappe, R.; Conrad, H.; Kronberg, M.: Leistungselektronik, Springer, ISBN: Lappe u.a.: Leistungselektronik, Verlag Technik, ISBN : Séguier, Guy ; Labrique, Francis: Power Electronic Converter, Springer, ISBN : Schlienz, Ulrich: Schaltnetzteile und ihre Peripherie, Vieweg, ISBN: Skripte/ Medien: Vorlesungsskript, Folien B-19

21 LEM4-02 LEM4 Leistungselektronik Lehrveranstaltung: Leistungselektronik Praktikum Sem.: 2 SWS: 2 ECTS: 3 Voraussetzungen: Voraussetzung für: Inhalte: Prof. Dipl.-Ing. Ulrich Schlienz (/ Prof. LE) Testat LEM4 - Leistungselektronik Deutsch synchronisiert mit LEM4-01 LEM6, LEM9, LEM13 Die Studierenden verfügen über erste praktische Erfahrungen am Beispiel eines Wandlers, dessen Verhalten während des Praktikums in zahlreichen kleinen Schritten erlernt wurde. Aufbau eines DC/DC-Wandlers - Zeichnen des Schaltplans - Dimensionierung und Beschaffung aller Leistungsbauelemente - Entwurf, Bestellung und Bestückung der Leiterplatte Während der Inbetriebnahme lernen die Studierenden die Messtechnik in der Leistungselektronik kennen. Praktikum in Zweiergruppen. Literatur: Skripte/Medien: Kein Skript, Tafelanschrieb, einzelne Übungsaufgaben als Umdruck B-20

22 LEM5 Design Integrierter Schaltkreise II Modulbeauftragter: Prof. IS Sem.: 2 SWS: 6 ECTS: 7 Lernziele und Kompetenzen: Die Studierenden verfügen über Kenntnisse zur Anwendung analoger Schaltungstechniken. Sie sind zum selbstständigen Entwurf und zur Optimierung von elektronischen Analogschaltungen in Wechselstromanwendungen in der Lage. Zudem verfügen sie über praktische Erfahrungen in der Anwendung der vermittelten theoretischen Kenntnisse. Fachgruppe: Schwerpunkt Entwurf von integrierten Schaltungen / Praktika und Projektarbeit Lehrveranstaltung: Fachname I: Fachname II: Design Integrierter Analoger Schaltkreise II Design Integrierter Analoger Schaltkreise II Praktikum Arbeitsaufwand: Anwesenheit in Vorlesung, Labor, Übung : Vorbereitung und Nachbearbeitung: Gesamtzeit: 90 h 120 h 210 h Zuordnung zum Curriculum: Leistungs- und (Master)/ Pflicht Bewertungsmodus / Erläuterung Gesamtnote: Note gem. Studien- und Prüfungsordnung B-21

23 LEM5-01 LEM5 Design Integrierter Schaltkreise II Lehrveranstaltung: Design Integrierter Analoger Schaltkreise II Sem.: 2 SWS: 4 ECTS: 5 Voraussetzungen: Voraussetzung für: Inhalte: Prof. IS/ NN Klausur K2 LEM5 - Design Integrierter Schaltkreise II Deutsch LEM2 LEM10 Die Studierenden verfügen über Kenntnisse zur Anwendung analoger Schaltungstechniken. Sie sind zum selbstständigen Entwurf und zur Optimierung von elektronischen Analogschaltungen in Wechselstromanwendungen in der Lage. 1) Kompensation und Stabilität von rückgekoppelten Verstärkern - Rückkopplungsarten, Eigenschaften von Verstärkern mit Rückkopplung (Beispiele) - Einfluss der Rückkopplung auf Verstärkung und Bandbreite (Frequenzkompensation, Pol-Spaltung, ) - Wurzelortskurven, Verstärkungs- und Phasenreserve (Bode Diagramm, Nyquist) 3) Erweitertes Verstärker Design - Breitband Verstärker, Präzisionsverstärker - Vollständige Differentialverstärker, Ladungsverstärker, rauscharme Techniken - Leistungsverstärker 4) Entwurf analoger Filter - Zeitkontinuierliche Filter - SC-Design Prinzipien und Techniken, Entwurf zeitdiskreter Systeme 5) Signalgeneratoren - Integrierte Oszillatoren - Quarzoszillatoren - PLL s, FLL s Literatur: Skripte/Medien: Vorlesung W. Sansen: Analog Design Essentials Tietze/Schenk: Halbleiter-Schaltungstechnik Gray/Meyer: Analysis and Design of Analog Integrated Circuits R. Greogorian: Analog MOS Integrated Circuits for Signal Processing Vorlesungsskript, Folien B-22

24 LEM5-02 LEM5 Design Integrierter Schaltkreise II Lehrveranstaltung: Design Integrierter Analoger Schaltkreise II Praktikum Sem.: 2 SWS: 2 ECTS: 2 Voraussetzungen: Voraussetzung für: Inhalte: Prof. IS/ NN Laborarbeit/ Testat LEM5 - Design Integrierter Schaltkreise II Deutsch LEM2 LEM10 Die Studierenden verfügen über praktische Erfahrungen in der Anwendung der in der Vorlesung LEM5-01 vermittelten Kenntnisse. - Dimensionierung von in LEM5-01 behandelten Schaltungen - Überprüfung der Berechnungen durch Simulation - Absicherung von Schaltungsparametern durch worst case -Simulationen (Temperatur, Technologie, Matching, ) - Messungen an aufgebauten Schaltungen, die in LEM5-01 behandelt werden. Literatur: Skripte/Medien: Praktikum Vorlesungsskript Umdrucke B-23

25 LEM6 Parasitäre Strukturen, ESD/EMV Modulbeauftragter: Prof. RDES/ Prof. Dipl.-Ing. Ulrich Schlienz Sem.: 2 SWS: 4 ECTS: 6 Lernziele und Kompetenzen: Die Studierenden verstehen grundlegende und allgemeine Aspekte der EMV und kennen typische parasitäre Effekte in Halbleiterbauelementen und Modulen sowie deren Auswirkung in der Anwendung. Fachgruppe: Schwerpunkt Entwurf von integrierten Schaltungen Lehrveranstaltung: Fachname I: Parasitäre Strukturen, ESD/EMV Arbeitsaufwand: Anwesenheit in Vorlesung, Labor, Übung : Vorbereitung und Nachbearbeitung: Gesamtzeit: 60 h 120 h 180 h Zuordnung zum Curriculum: Leistungs- und (Master)/ Pflicht Bewertungsmodus / Erläuterung Gesamtnote: Note gem. Studien- und Prüfungsordnung B-24

26 LEM6-01 LEM6 Parasitäre Strukturen, ESD/EMV Lehrveranstaltung: Parasitäre Strukturen, ESD/EMV Sem.: 2 SWS: 4 ECTS: 6 Voraussetzungen: Voraussetzung für: Inhalte: Prof. RDES/ Prof. Dipl.-Ing. Ulrich Schlienz Klausur K2 LEM6 - Parasitäre Strukturen, ESD/EMV Deutsch Grundlagen der Elektrotechnik aus dem Bachelor-Studium, LEM4 LEM9, LEM13 Die Studierenden verstehen grundlegende und allgemeine Aspekte der EMV und kennen die Kopplungsarten und die typische parasitäre Effekte in Halbleiterbauelementen und Modulen sowie deren Auswirkung in der Anwendung. Sie können passende Ersatzschaltbilder für die parasitären Effekte erstellen und in Schaltungsauslegungen berücksichtigen. Im Bereich der EMV sind aktive und passive EMV Wirkung sowie Maßnahmen zur Reduzierung von leitungs- oder strahlungsinduzierten Störungen verstanden. 1) Grundlagen der EMV: - Ursachen und Auswirkungen von EMV-Störungen - Die Kopplungsarten - Abhilfemaßnahmen - Gesetzliche Vorschriften 2) Parasitäre Effekte in der Leistungselektronik: - Induktivitäten/ Kapazitäten in elektronischen Schaltungen - Parasitäre Effekte in den Leistungsbauelementen - Aufgespannte Flächen 3) Schirmung und Massung 4) Filterung 5) Messtechnik in der EMV 6) EMV in der Fahrzeugtechnik Vorlesung B-25

27 LEM6-01 LEM6 Parasitäre Strukturen, ESD/EMV Literatur: Skripte/Medien: K. Küpfmüller: Einführung in die Theoretische Elektrotechnik A. J. Schwab: Elektromagnetische Verträglichkeit H. Meyer: Elektromagnetische Verträglichkeit von Automatisierungssystemen Meinke/Gundlach: Taschenbuch der Hochfrequenztechnik P. Panzer: Praxis des Überspannungs- und Störspannungsschutzes D. Stoll: EMC, Elektromagnetische Verträglichkeit D. Rahmes: EMV Rechtsvorschriften und ihre Anwendung in der Praxis K. Brinkmann/H. Schaefer: Gesundheitsrisiken durch magnetische Gleichfelder G. Durcansky: EMV-gerechtes Gerätedesign K.H. Gonschorek/H. Singer: Elektromagnetische Verträglichkeit E. Philippow: Grundlagen der Elektrotechnik K. Simonyi: Theoretische Elektrotechnik U. Schlienz, Schaltnetzteile und ihre Peripherie, 4. Auflage Vorlesungsskript, Folien B-26

28 LEM7 Design von Hochfrequenz- Schaltkreisen Modulbeauftragter: Prof. IS/ Prof. LE Sem.: 2 SWS: 6 ECTS: 8 Lernziele und Kompetenzen: Die Studierenden verfügen über die Kenntnis der notwendigen fachspezifischen Grundlagen im Bereich der Hochfrequenztechnik. Sie sind zum selbständigen Bearbeiten von komplexen Aufgabenstellungen sowie zur Entwicklung von Problemlösungen befähigt. Fachgruppe: Schwerpunkt Entwurf von integrieren Schaltungen / Praktika und Projektarbeit Lehrveranstaltung: Fachname I: Fachname II: Design von Hochfrequenz-Schaltkreisen Design von Hochfrequenz-Schaltkreisen Praktikum Arbeitsaufwand: Anwesenheit in Vorlesung, Labor, Übung : Vorbereitung und Nachbearbeitung: Gesamtzeit: 90 h 150 h 240 h Zuordnung zum Curriculum: Leistungs- und (Master)/ Pflicht Bewertungsmodus / Erläuterung Gesamtnote: Note gem. Studien- und Prüfungsordnung B-27

29 LEM7-01 LEM7 Design von Hochfrequenz- Schaltkreisen Lehrveranstaltung: Design von Hochfrequenz-Schaltkreisen Sem.: 2 SWS: 4 ECTS: 5 Voraussetzungen: Voraussetzung für: Inhalte: Prof. Dr. Oehler Klausur K2 LEM7 - Design von Hochfrequenz-Schaltkreisen Deutsch Mathematik: Differentialrechnung und komplexe Größen (aus dem Vorstudium), LEM2 LEM9, LEM11, LEM12 Die Studierenden verfügen über Kenntnis der notwendigen fachspezifischen Grundlagen im Bereich der Hochfrequenztechnik. Sie sind zum selbständigen Bearbeiten von komplexen Aufgabenstellungen sowie zur Entwicklung von Problemlösungen befähigt. 1) Statische Felder - Elektrisches Feld - Magnetisches Feld 2) Wellenausbreitung in Leitern - Leitungstheorie - Wellenausbreitung - Wellenwiderstand - Anpassung und Fehlanpassung 3) Elektromagnetische Felder 4) Modulation, Bandspreiztechnik 5) Elektromagnetische Verträglichkeit Literatur: Skripte/Medien: Vorlesung mit integrierten Übungen und studentische Projekte mit Präsentation Meinke, Gundlach: Taschenbuch der Hochfrequenztechnik B. Deutsch, S. Mohr, H. Rost et al: Elektrische Nachrichtenkabel-Grundlagen - Kabeltechnik Kabelanlagen, Verlagsgesellschaft Mch, 2000 Vorlesungsmanuskript, Folien B-28

30 LEM7-02 LEM7 Design von Hochfrequenz- Schaltkreisen Lehrveranstaltung: Design von Hochfrequenz-Schaltkreisen Praktikum Sem.: 2 SWS: 2 ECTS: 3 Voraussetzungen: Voraussetzung für: Inhalte: Prof. Dr. Oehler Laborarbeit/ Testat LEM7 - Design von Hochfrequenz-Schaltkreisen Deutsch LEM2 LEM9, LEM11, LEM12 Die Studierenden verfügen über praktische Erfahrungen im Bereich der Hochfrequenztechnik. Sie sind zum selbständigen Bearbeiten von komplexen Aufgabenstellungen sowie zur Entwicklung von Problemlösungen befähigt. 1) Messungen mit dem Netzwerkanalysator 2) Dämpfungsmessung 3) Messung des Wellenwiderstands 4) Zeitbereichsreflektometrie 5) Elektromagnetische Verträglichkeit Literatur: Skripte/Medien: Laborversuche Meinke, Gundlach: Taschenbuch der Hochfrequenztechnik B. Deutsch, S. Mohr, H. Rost et al: Elektrische Nachrichtenkabel-Grundlagen - Kabeltechnik Kabelanlagen, Verlagsgesellschaft Mch, 2000 Versuchsbeschreibungen/ Folien B-29

31 LEM9 Aufbau- und Verbindungstechnik Modulbeauftragter: Prof. LE Sem.: 3 SWS: 4 ECTS: 6 Lernziele und Kompetenzen: Die Studierenden verstehen grundlegende und allgemeine Konzepte der Aufbau- und Verbindungstechnik von Leistungselektronik. Sie können Einsatzbereiche sowie Vor- und Nachteile unterschiedlicher Verfahren einschätzen und sicher beurteilen. Zudem verstehen die Studierenden die Bedeutung der Aufbau- und Verbindungstechnik für die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems. Fachgruppe: Theorie der Elektrotechnik Lehrveranstaltung: Fachname I: Aufbau- und Verbindungstechnik Arbeitsaufwand: Anwesenheit in Vorlesung, Labor, Übung : Vorbereitung und Nachbearbeitung: Gesamtzeit: 60 h 120 h 180 h Zuordnung zum Curriculum: Leistungs- und (Master)/ Pflicht Bewertungsmodus / Erläuterung Gesamtnote: Note gem. Studien- und Prüfungsordnung B-30

32 LEM9-01 LEM9 Aufbau- und Verbindungstechnik Lehrveranstaltung: Aufbau- und Verbindungstechnik Sem.: 3 SWS: 4 ECTS: 6 Voraussetzungen: Prof. LE/ NN Klausur K2 LEM9 Aufbau- und Verbindungstechnik Deutsch LEM7, LEM1, LEM3, LEM4 Voraussetzung für: - Inhalte: Die Studierenden verstehen grundlegende und allgemeine Konzepte der Aufbau- und Verbindungstechnik der Leistungselektronik. Sie können Einsatzbereiche sowie Vor- und Nachteile unterschiedlicher Verfahren einschätzen und sicher beurteilen. Zudem verstehen die Studierenden die Bedeutung der Aufbau- und Verbindungstechnik für die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems. Einführung in Grundlagen und Konzepte der Aufbau- und Verbindungstechnik der Leistungselektronik: - Standard -Gehäuse - Verbindungstechniken (Löten, Kleben, Drahtbonden,...) - Substrattechnologien - Wärmemanagement - Materialien / Werkstoffe - Schutz- und Vergusstechniken - Zuverlässigkeitsaspekte Literatur: Skripte/Medien: Vorlesung noch zu bestimmen Vorlesungsskript, Folien B-31

33 LEM10 Design Integrierter Schaltkreise III Modulbeauftragter: Prof. EDA/ Prof. IS Sem.: 3 SWS: 6 ECTS: 7 Lernziele und Kompetenzen: Die Studierenden verfügen über detaillierte Kenntnisse über verschiedene Software-Tools sowie den in diesem Zusammenhang notwendigen Test- und Verifikationsmethoden. Sie sind zum selbstständigen Entwurf und zur Optimierung von elektronischen Schaltungen in der Lage. Die Studierenden verfügen über Kompetenz zum selbständigen Erfassen der Funktion komplexer Schaltungsentwürfe. Darüber hinaus verfügen sie über praktische Erfahrungen in der Anwendung der vermittelten theoretischen Kenntnisse. Fachgruppe: Schwerpunkt Entwurf von integrierten Schaltungen / Praktika und Projektarbeit Lehrveranstaltung: Fachname I: Fachname II: Fachname III: Fachname IV: Arbeitsaufwand: Anwesenheit in Vorlesung, Labor, Übung : Vorbereitung und Nachbearbeitung: Gesamtzeit: Einführung in Verifikationsmethoden Einführung in Verifikationsmethoden Praktikum Design Integrierter Analoger Schaltkreise III Design Integrierter Analoger Schaltkreise III Praktikum 90 h 120 h 210 h Zuordnung zum Curriculum: Leistungs- und (Master)/ Pflicht Bewertungsmodus / Erläuterung Gesamtnote: Note gem. Studien- und Prüfungsordnung B-32

34 LEM10-01 LEM10 Design Integrierter Schaltkreise III Lehrveranstaltung: Einführung in Verifikations-Methoden Sem.: 3 SWS: 2 ECTS: 2 Voraussetzungen: Voraussetzung für: Inhalte: Prof. EDA/ NN Klausur K1 LEM10 Design Integrierter Schaltkreise III Deutsch LEM5 LEM13 Die Studierenden verfügen über detaillierte Kenntnisse über verschiedene Software-Tools sowie den in diesem Zusammenhang notwendigen Test- und Verifikationsmethoden. Eigenschaften, Besonderheiten, Einsatzgebiete und Anwendungsbeispiele verschiedener Tools: - Simulation (Mentor ModelSim) - Äquivalenz-Prüfung - Eigenschafts-Prüfung - VHDL-Testbenches Literatur: Skripte/Medien: Vorlesung Thomas Kropf: Introduction to Formal Hardware Verification J. Bergeron: Writing Testbenches B. Hamilton: Metric Driven Design Verification A. Pizali: Functional Verification Coverage Measurement and Analysis Vorlesungsmanuskript oder Textbücher B-33

35 LEM10-02 LEM10 Design Integrierter Schaltkreise III Lehrveranstaltung: Einführung in Verifikations-Methoden Praktikum Sem.: 3 SWS: 1 ECTS: 2 Voraussetzungen: Voraussetzung für: Inhalte: Prof. EDA/ NN Laborarbeit/ Testat LEM10 Design Integrierter Schaltkreise III Deutsch LEM5 LEM13 Die Studierenden verfügen über Praxis in der Anwendung verschiedener Software-Tools sowie den in diesem Zusammenhang notwendigen Verifikations- und Messmethoden. Einsatz und Anwendung verschiedener Tools: - Simulation (Mentor ModelSim) - Äquivalenz-Prüfung - Eigenschafts-Prüfung - VHDL-Testbenches Literatur: Skripte/Medien: Labor Thomas Kropf: Introduction to Formal Hardware Verification J. Bergeron: Writing Testbenches B. Hamilton: Metric Driven Design Verification A. Pizali: Functional Verification Coverage Measurement and Analysis Laborunterlagen und Laborversuche B-34

36 LEM10-03 LEM10 Design Integrierter Schaltkreise III Lehrveranstaltung: Design Integrierter Analoger Schaltkreise III Sem.: 3 SWS: 2 ECTS: 2 Voraussetzungen: Voraussetzung für: Inhalte: Prof. IS/ NN Klausur K1 LEM10 Design Integrierter Schaltkreise III Deutsch LEM5 LEM13 Die Studierenden sind zum selbstständigen Entwurf und zur Optimierung von elektronischen Schaltungen in der Lage. Sie verfügen über Kompetenz zum selbständigen Erfassen der Funktion komplexer Schaltungsentwürfe. 1) AD/DA-Wandler - Wandlungsprinzipien - Abtasttheorem - Sample- and-hold-schaltungen - Wandlergenauigkeit, Fehlerdefinitionen 2) Low Voltage Design, Low Power Design 3) Linearspannungsregler - Arten von Leistungsstufen, Gegenüberstellung von HighDrop und LDO - Dimensionierung - Stabilität, PSRR, Lastausregelung - Weitere Regelschleifen (Strombegrenzung, Drop Regel, Gate Regel, ) 4) Programmierschaltungen für EEPROM, Flash-Memory 5) Integration von Leistungsstufen/Leistungsschalter Low Side- / High Side-Schalter Halbbrücken/ Vollbrücke Freilaufkreise für induktive Lasten Verlustleistungsberechnungen (Rth, Zth) Schutzfunktionen (Überstrom-/Übertemperatur-Messtechnik) Parasitäre Effekte (Inversstrom) 6) Entwurf System on Chip Funktionsblöcke (Blockdefinition und -Spezifikation) Schnittstellen mit A/D D/A Schnittstellen im Bereich Spannungsversorgungen Spannungsklassen (Hochvoltfähigkeit) Latch up Literatur: Skripte/Medien: Vorlesung Erickson: Fundamentals of Power Electronics Murari: Smart Power IC s Vorlesungsskript, Folien B-35

37 Bereich Leistungs- und LEM10-04 LEM10 Design Integrierter Schaltkreise III Lehrveranstaltung: Design Integrierter Analoger Schaltkreise III Praktikum Sem.: 3 SWS: 1 ECTS: 1 Voraussetzungen: Voraussetzung für: Inhalte: Prof. IS/ NN Laborarbeit, Testat LEM10 - Design Integrierter Schaltkreise III Deutsch LEM5 LEM13 Die Studierenden verfügen über praktische Erfahrungen in der Anwendung der in der Vorlesung LEM10-03 vermittelten Kenntnisse. 1) Dimensionierung von in LEM10-03 behandelten Schaltungen 2) Überprüfung der Berechnungen durch Simulation und Messung an aufgebauten Testschaltungen 3) Arbeitspunkteinstellung, Kleinsignalanalyse 4) Absicherung von Schaltungsparametern durch worst case -Betrachtungen (Temperatur, Technologie, Matching, ) Literatur: Skripte/Medien: Praktikum Vorlesungsskript Umdrucke B-36

38 LEM11 Projektarbeit Modulbeauftragter: alle Profs. Sem.: 3 SWS: 6 ECTS: 8 Lernziele und Kompetenzen: Die Studierenden bewältigen den realen Entwicklungsprozess an einer konkreten, möglichst industriellen und aktuellen Aufgabenstellung unter Wettbewerbsgesichtspunkten. Dazu gehören neben der Ideenfindung und der klassischen Elektronikentwicklung auch die Eigenorganisation des Bearbeitungs-Teams und die Präsentation von Zwischen- oder Abschlussergebnissen vor dem Kunden. Fachgruppe: Praktika und Projektarbeit Lehrveranstaltung: Fachname I: Projektarbeit Arbeitsaufwand: Anwesenheit in Vorlesung, Labor, Übung : Vorbereitung und Nachbearbeitung: Gesamtzeit: 90 h 150 h 240 h Zuordnung zum Curriculum: Leistungs- und (Master)/ Pflicht Bewertungsmodus / Erläuterung Gesamtnote: Note gem. Studien- und Prüfungsordnung B-37

39 LEM11-01 LEM11 Projektarbeit Lehrveranstaltung: Projektarbeit Sem.: 3 SWS: 6 ECTS: 8 Voraussetzungen: Voraussetzung für: Inhalte: alle Profs. / NN Referat, Mündliche Prüfung M20 LEM11 - Projektarbeit Deutsch, bei Bedarf Englisch LEM1-7 LEM13 Die Studierenden bewältigen den realen Entwicklungsprozess an einer konkreten, möglichst industriellen und aktuellen Aufgabenstellung unter Wettbewerbsgesichtspunkten. Dazu gehören neben der Ideenfindung und der klassischen Elektronikentwicklung auch die Eigenorganisation des Bearbeitungs-Teams und die Präsentation von Zwischen- oder Abschlussergebnissen vor dem Kunden. - Teammanagement - Entwicklungssystematik - Schaltungsentwicklung - Präsentationstechniken - Exkursion Literatur: Skripte/Medien: Gruppenarbeit In Abhängigkeit von der Aufgabenstellung Simulation, Labor B-38

40 LEM13 Abschlussarbeit Modulbeauftragter: alle Profs. Sem.: 4 SWS: - ECTS: 30 Lernziele und Kompetenzen: Die Studierenden bearbeiten erfolgreich eine umfangreiche ingenieurtechnische oder betriebswirtschaftliche Fragestellung, entwickeln eigene Lösungsansätze und vergleichen diese mit vorhandenen Lösungen. Sie sind in der Lage, die Lösung auf ihre praktische Relevanz, ihre ökonomischen, sozialen und ökologischen Implikationen zu prüfen und den Praxiseinsatz zu veranlassen. Fachgruppe: Master-Thesis Lehrveranstaltung: Fachname I: Fachname II: Master-Abschlussarbeit Kolloquium Master-Abschlussarbeit Arbeitsaufwand: Anwesenheit in Vorlesung, Labor, Übung : Vorbereitung und Nachbearbeitung: Gesamtzeit: 900 h Zuordnung zum Curriculum: Leistungs- und (Master)/ Pflicht Bewertungsmodus / Erläuterung Gesamtnote: Note gem. Studien- und Prüfungsordnung B-39

41 LEM13-01 LEM13 Abschlussarbeit Lehrveranstaltung: Master-Abschlussarbeit Sem.: 4 SWS: - ECTS: 28 Voraussetzungen: Voraussetzung für: Inhalte: alle Profs. Master-Thesis THM LEM13 - Abschlussarbeit Deutsch/ mit Dozenten zu vereinbaren LEM1-4, LEM5-7, LEM9-11 Für den Abschluss Die Studierenden sind in der Lage, eine umfangreiche ingenieurtechnische oder betriebswirtschaftliche Fragestellung weitgehend selbstständig zu bearbeiten, Lösungswege zu finden, die Implikationen der vorgeschlagenen Lösungen zu diskutieren und die Praxiseinführung der Ergebnisse zu begleiten. Sie dokumentieren die Arbeit in einer dem wissenschaftlich-technischen Niveau entsprechenden Form. - Fragestellung - Lösungssuche - Implikationen - Umsetzung - Verantwortung - Dokumentation Literatur: Praktische Arbeit in einer Abteilung der Hochschule oder eines zugelassenen Unternehmens. In Abhängigkeit vom Thema Skripte/Medien: B-40

42 LEM13-02 LEM13 Abschlussarbeit Lehrveranstaltung: Kolloquium Master-Abschlussarbeit Sem.: 4 SWS: - ECTS: 2 Voraussetzungen: Voraussetzung für: Inhalte: alle Profs. Mündliche Prüfung M20 LEM13 - Abschlussarbeit Deutsch/ mit Dozenten zu vereinbaren LEM1-4, LEM5-7, LEM9-11 Für den Abschluss Die Studierenden referieren die Ergebnisse ihrer Thesis. Sie vermitteln den Zusammenhang der Fragestellung, erläutern die Lösungsstrategie und diskutieren Implikationen der vorgeschlagenen Lösungen. - Fragestellung - Lösungssuche - Implikationen - Umsetzung - Verantwortung - Dokumentation Literatur: Skripte/Medien: B-41

43 LEMW1 Entwurfswerkzeuge Modulbeauftragter: Prof. EDA Sem.: 2/ 3 SWS: 2 ECTS: 3 Lernziele und Kompetenzen: Die Studierenden kennen verschiedene industriell verwendete rechnergestützte Entwurfswerkzeuge und deren Einsatzgebiete. Sie können die Tools zur Lösung unterschiedlicher Problemstellungen erfolgreich einsetzen. Fachgruppe: Wahlpflichtbereich (technische Fächer) Lehrveranstaltung: Fachname I: Entwurfswerkzeuge Arbeitsaufwand: Anwesenheit in Vorlesung, Labor, Übung : Vorbereitung und Nachbearbeitung: Gesamtzeit: 30 h 60 h 90 h Zuordnung zum Curriculum: Leistungs- und (Master)/ Wahlpflichtfach Bewertungsmodus / Erläuterung Gesamtnote: Note gem. Studien- und Prüfungsordnung B-42

44 LEMW1-01 LEMW1 Entwurfswerkzeuge Lehrveranstaltung: Entwurfswerkzeuge Sem.: 2/ 3 SWS: 2 ECTS: 3 Voraussetzungen: Prof. EDA/ NN Klausur K1 LEMW1 Entwurfswerkzeuge Deutsch LEM1, LEM2, LEM3, LEM4, LEM5 Voraussetzung für: - Inhalte: Die Studierenden kennen verschiedene industriell verwendete rechnergestützte Entwurfswerkzeuge und deren Einsatzgebiete. Sie können die Tools zur Lösung unterschiedlicher Problemstellungen erfolgreich einsetzen. 1.) Graphische Schaltplaneingabe 2.) Synthese digitaler Schaltungen 3.) Verifikation (Simulation, Testbenches, formale Methoden) 4.) Betriebssysteme: UNIX/LINUX 5.) Skriptsprachen (Tcl, Skill, ) 6.) Technologisches CAD (Device- und Prozesssimulation) Literatur: Skripte/Medien: Vorlesung R. Cooper: The Designer s Guide to Analog & Mixed-Signal Modeling K. Lampaert: Advanced Mixed-Signal Design using Cadence Design-Tools (Jan 2009) H. Ryssel, P. Pichler (eds.): Simulation of Semiconductor Devices and Processes, Vol.6 (1995) Vorlesungsskript, Folien B-43

45 LEMW2 Materialien und Passive Komponenten Modulbeauftragter: Prof. LE Sem.: 2/ 3 SWS: 2 ECTS: 3 Lernziele und Kompetenzen: Die Studierenden sind befähigt, den Aufbau, die Kennzeichnung und die elektrischen Eigenschaften von passiven Bauteilen zu charakterisieren. Sie können diese Bauelemente für Messzwecke einsetzen und wissen die nichtlinearen Eigenschaften zu berücksichtigen. Die Studierenden können für die unterschiedlichen Einsatzzwecke geeignete Bauelemente auswählen. Grundlegende Schaltungsanwendungen können mit vereinfachten Modellen analytisch berechnet und dimensioniert werden. Fachgruppe: Wahlpflichtbereich (technische Fächer) Lehrveranstaltung: Fachname I: Materialien und Passive Komponenten Arbeitsaufwand: Anwesenheit in Vorlesung, Labor, Übung : Vorbereitung und Nachbearbeitung: Gesamtzeit: 30 h 60 h 90 h Zuordnung zum Curriculum: Leistungs- und (Master)/ Wahlpflichtfach Bewertungsmodus / Erläuterung Gesamtnote: Note gem. Studien- und Prüfungsordnung B-44

46 LEMW2-01 LEMW2 Materialien und Passive Komponenten Lehrveranstaltung: Materialien und Passive Komponenten Sem.: 2/ 3 SWS: 2 ECTS: 3 Voraussetzungen: Prof. LE/ NN Klausur K1 LEMW2 Materialien und passive Komponenten Deutsch LEM3 Voraussetzung für: - Inhalte: Die Studierenden sind befähigt, den Aufbau, die Kennzeichnung und die elektrischen Eigenschaften von passiven Bauteilen zu charakterisieren. Sie können diese Bauelemente für Messzwecke einsetzen und wissen die nichtlinearen Eigenschaften zu berücksichtigen. Die Studierenden können für die unterschiedlichen Einsatzzwecke geeignete Bauelemente auswählen. Grundlegende Schaltungsanwendungen können mit vereinfachten Modellen analytisch berechnet und dimensioniert werden. 1) Passive Bauelemente - Kondensatoren Werkstoffe für Dielektrika Elektrische Ersatzschaltbilder von Kondensatoren Technische Realsierungsformen MOS-Kondensatoren Keramik-Kondensatoren, Tantal-Kondensatoren Folienkondensatoren Elkos Sonderformen Ausfallmechanismen verschiedenen Kondensatortypen - Induktive Bauelemente Werkstoffe für Induktivitäten Elektrisches Ersatzschaltbild Induktivität Transformatoren Technische Realisierungsformen Ausfallmechanismen - Sonstige passive Bauelemente Gasableiter, Funkenstrecke (Schutzelemente vor Überspannung) elektrische Lampen und Strahlungsquellen 2) Normen (Nennwerte, Wertekennzeichnung, Farbkennzeichnung von passiven Bauelementen) Literatur: Skripte/Medien: Vorlesung Arlt: Werkstoffe der Elektrotechnik Vorlesungsskript, Folien B-45

47 Bereich Leistungs- und LEMW3 Herstellung von Leistungshalbleitern Modulbeauftragter: Prof. LE Sem.: 2 SWS: 2 ECTS: 3 Lernziele und Kompetenzen: Die Studierenden haben die fundamentalen Herstellungsverfahren der Silizium-Halbleitertechnologie Schritt für Schritt kennengelernt. Sie beherrschen die Grundlagen der mikroelektronischen Integrationstechnik. Fachgruppe: Wahlpflichtbereich (technische Fächer) Lehrveranstaltung: Fachname I: Herstellung von Leistungshalbleitern Arbeitsaufwand: Anwesenheit in Vorlesung, Labor, Übung : Vorbereitung und Nachbearbeitung: Gesamtzeit: 30 h 60 h 90 h Zuordnung zum Curriculum: Leistungs- und (Master)/ Wahlpflichtfach Bewertungsmodus / Erläuterung Gesamtnote: Note gem. Studien- und Prüfungsordnung B-46

48 Bereich Leistungs- und LEMW3-01 LEMW3 Herstellung von Leistungshalbleitern Lehrveranstaltung: Herstellung von Leistungshalbleitern Sem.: 2 SWS: 2 ECTS: 3 Voraussetzungen: Dr. Holger Rumpf Klausur K1 LEMW3 Herstellung von Leistungshalbleitern Deutsch LEM1, LEM3, Voraussetzung für: - Die Studierenden haben die fundamentalen Herstellungsverfahren der Silizium- Halbleitertechnologie Schritt für Schritt kennengelernt. Sie beherrschen die Grundlagen der mikroelektronischen Integrationstechnik. Inhalte: 1.) Silizium als Basismaterial 2.) Oxidation von Silizium 3.) Photolithographie 4.) Depositionsverfahren 5.) Ätzverfahren 6.) Dotieren von Silizium 7.) MOS-Technologien zur Schaltungsintegration 8.) Erweiterung zur Höchstintegration 9.) Chipmontage Vorlesung mit integrierten Übungen Literatur: U. Hilleringmann: Silizium-Halbleitertechnologie, 5. Auflage, Vieweg+Teubner 2008 Skripte/Medien: Power-Point-Präsentation, Arbeitsblätter und ausgewählte Kapitel als Umdruck B-47

49 LEMW4 Entwicklung von Leistungshalbleitern Modulbeauftragter: Prof. LE Sem.: 2/ 3 SWS: 4 ECTS: 6 Lernziele und Kompetenzen: Die Studierenden kennen die speziellen Anforderungen beim Design von Leistungshalbleitern. Sie kennen die physikalischen Vorgänge in einem Halbleiterbauelement sowie die technischen Eigenschaften. Fachgruppe: Wahlpflichtbereich (technische Fächer) Lehrveranstaltung: Fachname I: Entwicklung von Leistungshalbleitern Arbeitsaufwand: Anwesenheit in Vorlesung, Labor, Übung : Vorbereitung und Nachbearbeitung: Gesamtzeit: 60 h 120 h 180 h Zuordnung zum Curriculum: Leistungs- und (Master)/ Wahlpflichtfach Bewertungsmodus / Erläuterung Gesamtnote: Note gem. Studien- und Prüfungsordnung B-48

50 LEMW4-01 LEMW4 Entwicklung von Leistungshalbleitern Lehrveranstaltung: Entwicklung von Leistungshalbleitern Sem.: 2/ 3 SWS: 4 ECTS: 6 Voraussetzungen: Prof. LE/ NN Klausur K2 LEMW4 - Entwicklung von Leistungshalbleitern Deutsch LEM1, LEM3 Voraussetzung für: - Inhalte: Die Studierenden kennen die speziellen Anforderungen beim Design von Leistungshalbleitern. Sie kennen die physikalischen Vorgänge in einem Halbleiterbauelement sowie die technischen Eigenschaften. 1) Halbleiterphysikalische Grundlagen (Wiederholung) - Bänderstruktur - Ladungstransport, Lebensdauer - Grundgleichungen (Drift-Diffusion, Bilanz und Poisson) - Theorie des pn-überganges (Schockley) 2) Erweiterte Theorie des pn-überganges - Rekombination in der Sperrschicht - Schockley-Read-Hall-Rekombination - Hochinjektion 3) Sperrspannungsbegrenzung und -durchbruch - Avalanche-Durchbruch - Abrupter und linearer Übergang - Punch Through - Planarer Übergang - Feldringe - Variation der lateralen Dotierung - Feldplatten - Randabschrägung - RESURF-Prinzip (Ladungskompensation) 4) pin - Leistungsdioden - Aufbau und Kennlinie - Flusskennlinie bei hohen Stromdichten - Ausschaltverhalten - Optimiertes Schaltverhalten: Lebensdauer-Konzept Emitter-Konzept 5) Bipolare Leistungstransistoren - Emitterdesign - Rückseitendiffusion - 2. Durchbruch 6) MOS-Feldeffekt-Leistungstransistoren - Design von Leistungs-MOSFETs (Planar, Trench) - Superjunction Leistungs-MOSFET - Schalteigenschaften - Sicherer Arbeitsbereich B-49

51 LEMW4-01 LEMW4 Entwicklung von Leistungshalbleitern 7) Schottkydioden - Thermoionische Emissionstheorie - Oberflächenzustände - Barrierenerniedrigung - Aufbau von Schottkydioden - Trench-MOS-Barrier Schottkydiode 8) IGBTs - Aufbau und Funktionsweise - Transparenter Emitter - Schaltverhalten des IGBTs - Die Grundtypen PT-IGBT und NPT-IGBT - Field-Stop IGBT - Moderne Sonderformen des IGBTs 9) SiC und GaN für Leistungsschalter Materialeigenschaften/ Technologie Schottky-Dioden Aktive Schalter 10) Zerstörungsmechanismen bei Leistungshalbleitern - Ausfälle durch Übertemperatur - Thermisches Stabilitätskriterium - Ausfälle durch Überschreiten der Sperrfähigkeit - Kurzschluss und Latch-up in IGBTs - Ausfälle durch Höhenstrahlung Vorlesung Literatur: S.M. Sze, Physics of Semiconductor Devices, John Wiley & Sons, 1981 B.J. Baliga, Power Semiconductor Devices, PWS Publishing Company, 1996 J. Lutz, Halbleiter-Leistungsbauelemente, Springer-Verlag 2006 F. Thuselt, Physik der Halbleiterbauelemente, Springer-Verlag, 2005 R. Sauer, Halbleiterphysik, Oldenbourg-Verlag, 2009 S.M. Sze, Semiconductor Devices: Physics and Technology, John Wiley, 2001 R. Müller, Grundlagen der Halbleiter-Elektronik, Springer-Verlag, 1979 R. Müller, Bauelemente der Halbleiter-Elektronik, Springer-Verlag, 1979 R. Paul, MOS-Feldeffekttransistoren, Springer-Verlag, 1994 A. Goetzberger, B. Voß, J. Knoblich, Sonnenenergie: Photovoltaik, Teubner, 1994 D. Widmann, et al., Technologie hochintegrierter Schaltungen, Springer-Verlag, 1996 Originalarbeiten (Konferenzbeiträge und wissenschaftliche Veröffentlichungen) Skripte/Medien: Vorlesungsskript B-50