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ProMID – Lehrstuhl FAPS bringt Studenten die MID-Technik nahe

Unter fachlicher Leitung von Dr. Wolfgang John (ehem. LPKF Laser & Electronics AG) fand am Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS) der Universität Erlangen-Nürnberg im Juli zum ersten Mal das studentisches Praktikum ProMID – Produktionstechnologien in der MID-Technik statt. Im Rahmen des Blockpraktikums führten die Studenten in Kleingruppen am Beispiel eines MID-Demonstrators Versuche zu den Bereichen Layout, Strukturierung, Metallisierung, Aufbau- und Verbindungstechnik, sowie Qualität und Zuverlässigkeit durch und bekamen dabei die einzelnen Prozessschritte zur Herstellung eines MID in der LDS-Technologie vermittelt.

 

Als Einstieg in das Praktikum informierte Dr. John die Studenten in einem einführenden Vortrag über die Grundlagen der MID-Technologie sowie ihrer Historie und beantwortete zahlreiche Fragen der interessierten Teilnehmer. Ob Zweikomponenten-Spritzguss, Laser-Direkt-Strukturierung, Heißprägen oder Maskentechnologie, mit seiner jahrzehntelangen Expertise im Bereich dreidimensionaler Schaltungsträger stellte Dr. John auf eindrucksvolle Weise die unterschiedlichen MID-Herstellverfahren mit ihren individuellen Vor- und Nachteilen vor und veranschaulichte deren Potenziale und Haupteinsatzgebiete anhand verschiedenster MID-Applikationen. Abgerundet wurde die interessante Einführung durch einen Ausblick auf zukünftige Trends der MID-Technik und einen Einblick in die neuen Möglichkeiten des MID-Prototyping.

 

Der erste praktische Versuch vermittelte den Studenten das dreidimensionale Layouten einer elektrischen Schaltung. Nachdem anhand einiger ausgewählter Beispiele die wesentlichen Unterschiede beim Layouten eines MID im Vergleich zu einer konventionellen PCB herausgestellt wurden, hatten die Studenten die Aufgabe, ein 2D-Layout auf einen 3D-Basiskörper unter Beachtung aller relevanten LDS-Designregeln zu übertragen. Ziel des Teilversuches war das Erstellen des kompletten 3D-Schaltungslayouts des MID-Demonstrators „MID-Wagen“ (siehe Bild 1).

 

Im zweiten Versuch mussten die Studenten das erstellte dreidimensionale Layout auf den gespritzten Kunststoffkörper übertragen. Hierzu war zunächst mit der entsprechenden Software das Datenfile zur späteren Laserdirektstrukturierung zu generieren. Anschließend führten die Studenten an der LPKF-Laseranlage Fusion 3D 1100 die Strukturierung der Demonstratoren durch. Hierbei wurde sowohl der Umgang mit der Software der LDS-Anlage geübt, als auch der Einfluss verschiedener Laserparameter auf das spätere Metallisierungsergebnis diskutiert. Am Laser selbst war es Aufgabe der Studenten, den Laserfokus korrekt auf die zu strukturierende Ebene abzustimmen, das Substrat richtig unter dem Laser zu positionieren und das Strukturierungsergebnis zu bewerten.

 

Im Anschluss an den Strukturierungsversuch führten die Studenten unter Anleitung von Dr. John an den von ihnen strukturierten Demonstratoren eine außenstromlos chemische Metallisierung durch. Eine wichtige Aufgabe war dabei zunächst die Analyse der verschiedenen Metallisierungsbäder Kupfer, Nickel und Gold. Während des Metallisierungsprozesses erklärte Dr. John die chemischen Abläufe und berichtete über Entwicklungen und alternative Varianten der chemischen Metallisierung im Bereich MID (siehe Bild 2). Auf diese Weise wurden den Studenten Grundlagen, Abläufe und die wesentlichen Einflussgrößen bei der chemischen Metallisierung vermittelt.

Im folgenden Versuch sollten die strukturierten und metallisierten „MID-Wagen“ mit elektronischen Komponenten versehen werden. Die Aufbau- und Verbindungstechnik dreidimensionaler Grundkörper erfordert angepasste Anlagentechnik bzw. Prozesse im Vergleich zur klassischen Elektronikproduktion. Die Unterschiede theoretisch und anschließend praktisch zu vermitteln war Inhalt dieses Versuches. Die Studenten mussten einen Dispenser programmieren und somit die Lotpaste auf dem MID auftragen. Anschließend wurde ein Standardbestückautomat in Verbindung mit einem am FAPS entwickelten Werkstückträger verwendet, um die elektronischen Komponenten auf dem „MID-Wagen“ zu positionieren. Abschließend wurden die Baugruppen in der Dampfphase gelötet.

 

Im letzten Versuch des MID-Praktikums wurde den Studenten ein grundlegendes Verständnis für maßgebliche Einflussfaktoren auf die Qualität und Zuverlässigkeit von MID vermittelt. Dabei wurden die komplexen Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Prozessschritten der MID-Herstellung verdeutlicht. Ein Schwerpunkt des Versuches lag auf MID-spezifischen Charakterisierungs- und Prüfmethoden. Da die Schichteigenschaften der metallisierten Strukturen auf dem Substrat die Qualität und Zuverlässigkeit MID-basierter mechatronischer Systeme entscheidend beeinflussen, wurden fokussiert Methoden zur Schichtcharakterisierung und Prüfung der Metallisierungshaftfestigkeit betrachtet. Hierbei führten die Studenten u. a. Versuche zur Haftfestigkeitsbestimmung mit konventionellen Verfahren, wie auch dem neuartigen Hot Pin Pull Test durch.

Das MID-Praktikum ProMID stellt eine hervorragende Plattform dar, den Studenten die Möglichkeiten, aber auch die Herausforderungen der MID-Technik zu verdeutlichen. In Verbindung mit den MID-spezifischen Vorlesungen am FAPS können die Studenten in ProMID theoretisches Wissen praktisch vertiefen, weiterführende studentische Arbeiten am FAPS mit den erworbenen Kenntnissen effizienter und umfangreicher durchführen und sich somit im Zuge ihres Studiums zu qualifizierten MID-Experten ausbilden.

 

 

Kontakt:

 

Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS)

René Schramm

Fürther Straße 246b

D-90429 Nürnberg

Tel.: +49 911 5302-9085

Fax: +49 911 5302-9070

E-Mail: rene.schramm@faps.fau.de

www.faps.uni-erlangen.de

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