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Projektbeschreibung

Die Technologie spritzgegossener räumlicher Schaltungsträger (3D-MID) eröffnet mit ihren vielseitigen Integrationspotenzialen sowie ihrer hohen Gestaltungsfreiheit zahlreiche Möglichkeiten zur Herstellung innovativer mechatronischer Produkte, die in unterschiedlichsten Anwendungsbereichen bereits erfolgreich genutzt werden. In sicherheitsrelevanten Bereichen sowie in Anwendungsfeldern, die harschen Umweltbedingungen ausgesetzt sind, hemmen jedoch Unsicherheiten und ein unzureichendes Verständnis in Bezug auf die Zuverlässigkeit die weitere Verbreitung der MID-Technologie. Eine zentrale Herausforderung in diesem Zusammenhang stellen Leiterbahnrisse dar. Die erhöhte Rissneigung resultiert aus der Verbindung der typischerweise dünnen und verhältnismäßig spröden metallischen Leiterbahnen mit den thermoplastischen Substratmaterialien, die in der Regel durch stark divergierende thermomechanische Eigenschaften geprägt ist.

Anknüpfend an das erfolgreich abgeschlossene Forschungsprojekt „LDS-MID-ChaMP“ (IGF-Vorhaben 16737 N) ist das Ziel dieses Vorhabens die Identifizierung von Metallisierungssystemen mit geringer Neigung zur Rissbildung für polymere 3D-Schaltungsträger unter Verwendung des derzeit dominierenden Laserdirektstrukturierungsverfahrens. Nach Gesichtspunkten der statistischen Versuchsplanung (DoE) sollen durch eine systematische Variation von Fertigungsparametern, Materialien und weiteren zentralen Einflussgrößen in gezielten Versuchsreihen wertvolle Erkenntnisse zu den Wirkzusammenhängen und den Mechanismen der Rissentstehung in Leiterbahnen gewonnen werden. Dazu werden die hergestellten Probekörper realitätsnahen mechanischen und thermischen Belastungen in einem Biegewechselprüfstand sowie in Umweltprüfschränken und Lötanlagen ausgesetzt. In Ergänzung zu umfangreichen Charakterisierungsmaßnahmen und Schadensanalysen ermöglicht eine Online-Messung während der jeweiligen Belastungstests detaillierte Aussagen über das Schädigungsverhalten einschließlich der Ausfallzeitpunkte und den vorherrschenden Testbedingungen. Auf Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse werden abschließend räumliche Probekörper in einer optimierten Variante hergestellt und diese in Belastungsszenarien gegenwärtigen industriellen Standardvarianten gegenübergestellt. Die aus den Projektergebnissen abgeleiteten Richtlinien dienen als Basis zur weiteren Verbreitung MID-basierter mechatronischer Produkte in Einsatzbereichen mit erhöhten Zuverlässigkeitsanforderungen.

Das IGF-Vorhaben 19754 N der Forschungsvereinigung Hahn-Schickard wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Die Bearbeitung des Projekts erfolgt in Zusammenarbeit mit der Forschungseinrichtung Hahn-Schickard in Stuttgart unter Leitung von Prof. Dr.-Ing. André Zimmermann. Begleitet wird das Vorhaben von einem umfangreichen Industrieausschuss, bestehend aus 17 Unternehmen aus Anwendern sowie allen Bereichen der MID-Wertschöpfungskette, der die industrielle Relevanz der Forschungsthematik unterstreicht.