Beschreibung
Die enge Vernetzung beliebiger physischer Objekte (über Sensoren, Aktuatoren, mobile Geräte) mit digitalen Diensten (über Software, digitale Netze) im Internet of Things (IoT) bildet ein Schlüsselelement bei der Umsetzung innovativer, leistungsfähiger Systeme. Ein Schaltungsträger, der die Halbleiter-Bauelemente (z.B. Mikroprozessoren, Speicher, Sensoren) verbindet und eine Einbettung in das Produkt ermöglicht, ist hierfür essenziell. Die Entwicklung dieser immer weiter integrierten Systeme stellt Produktentwickelnden jedoch vor enorme Herausforderungen. Mechatronic Integrated Devices (MID) auf der einen und die klassische 2D-Elektronik auf der anderen Seite bieten unterschiedliche Lösungsansätze, um diesen Herausforderungen zu begegnen. Die Klassische 2D- Elektronik fokussiert die Integration von immer kleiner werdenden Strukturen und Bauelementen, kombiniert mit Ansätzen diese 2D-Leiterplatten räumlich zu stapeln oder Strukturen in diesen zu integrieren. MIDs konzentrieren sich hingegen auf die direkte räumliche Integration von mechanischen Komponenten, elektronischen Bauelementen und Funktionsflächen (z.B. Antennen) in Gesamtsysteme. Beide Technologien unterscheiden sich fundamental in ihren jeweiligen Ansätzen und der dahinterstehenden Entwicklungssystematik. Die klassische Elektronik ist geprägt von Design-Workflows und konstruktionsunterstützenden (teil-)automatisierten Design-Tools (EDA), die MID-Entwicklung hingegen ist geprägt von einer integrativen Produkt- und Produktionssystemkonzipierung sowie individuellen Lösungsmethoden und Tools. Produktenwickelende müssen daher vor der eigentlichen Entwicklung wissen, welche Lösungsoption nach der Entwicklung umgesetzt werden soll. Dieses Paradox führt dazu, dass ganzheitliche optimale Lösungen unter Umständen nicht gefunden werden. Zudem können die jeweiligen Vorteile der beiden Technologie-Ansätze, im sinne von hybriden Lösungen, gar nicht identifiziert werden. Es besteht daher Handlungsbedarf nach einem technologieübergreifenden Entwicklungsplaner, der die Vorteile der beiden Technologien ebenso berücksichtigt, wie die unterschiedlichen Produktentstehungsmethoden.
Forschungsziel
Das Ziel des angestrebten Forschungsvorhabens ist daher ein Entwicklungsplaner, der die klassische 2D-Elektronik und die MID-Technologie kombiniert und dem Produktentwickelnden übergreifende und hybride Lösungskonzepte bereitstellt. Hierfür wird ein Entwicklungsplaner konzipiert und aufgebaut, der aufbauend auf produktindividuellen Anforderungen, Lösungs- und Technologiealternativen vorschlägt. Mithilfe dieser Lösungskonzepte kann dann zielgerichtet die domänenspezifische Entwicklung vorangetrieben werden. Entwickler erhalten so Zugang zu technologieübergreifendem Wissen und werden befähigt z.B. hybride MIDs von Beginn an mitzudenken und so in der Produktentwicklung neue innovative Konzepte umzusetzen.
Das angestrebte Forschungsvorhaben baut auf den etablierten Ansätzen und Design-Tools der 2D-Elektronik und den bereits existierenden Entwicklungsplanern der MID-Technologie (z.B. Nextra, MID-Plan usw.) sowie der produktübergreifenden Wissensbasis WebMIDIS auf.
Zunächst wird daher eine übergeordnete Ontologie erarbeitet, die die Technologie- und Domänenübergreifenden Produktfunktionen und Lösungsansätze integriert. Anschließend werden Inferenz- und Integritätsregeln erarbeitet, also Regeln zu Schlussfolgerungen und zur Gewährleistung der Gültigkeit von Beziehungen. Ziel ist es, kritische Produktanforderungen zu identifizieren, die den Lösungsraum signifikant zugunsten einer Technologie einschränken (sog. kritische bzw. Schlüsselanforderungen). Aufbauend auf der entwickelten Systematik wird ein Web-Frontend erarbeitet, dass einen Zugang zu dem identifizierten Expert:innenwissen erlaubt. Mithilfe eines Leitfadens (z.B. in Form eines Fragebogens zu dem zu entwickelnden Produkt) werden dem Entwickelnden Lösungsalternativen berechnet. Der Entwicklungsplaner greift dabei auch auf existierende Produktdatenbanken zu und stellt dem Entwickelnden somit „Best-Practices“ zur Umsetzung verschiedener Produktfunktionen zur Verfügung.
Nutzen und wirtschaftliche Bedeutung für KMU
Die beteiligten KMU werden befähigt, neue innovative Anwendungsfelder zu erschließen, die MID-Technologie kennen und anwenden zu lernen und neue für sich zu erschließen. Insbesondere die frühe Phase der Produktentwicklung wird durch den angestrebten Entwicklungsplaner unterstützt, so dass die beteiligten Unternehmen neuartige innovative Produkte entwickeln können, die die Vorteile der klassischen Elektronik und der MID-Technologie kombinieren. Die Nutznießenden der erzielten Ergebnisse des Vorhabens sind zum einen die Unternehmen, die sich als MID-Herstellende mit der Konzeption und Fertigung von spritzgegossenen Schaltungsträgern beschäftigen und zum anderen die Unternehmen, die sich derzeit eher im Bereich der klassischen Elektronik bewegen und aufgrund ihrer Größe nicht die Kapazitäten haben, sich mit neuen Technologien wie MID zu beschäftigen.
Der Entwicklungsplaner soll im Anschluss allen Unternehmen der beteiligten Forschungsvereinigungen zur Verfügung stehen.
Forschungsinstitute
Für weitere Kontaktdaten, kontaktieren Sie bitte die Geschäftsstelle. E-Mail an Geschäftsstelle
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS)
Fraunhofer-Institut für Entwurfstechnik Mechatronik IEM
Projekt-begleitende Unternehmen
Die Forschungsvereinigung 3-D MID e.V. sucht weiterhin nach projekt-begleitenden Unternehmen. Bei Interesse, melden Sie sich gerne telefonisch (+49 911 5302-9101) bei der Geschäftsstelle oder via E-Mail (info@3dmid.de). E-Mail an Geschäftsstelle
