Lasergestütztes Verfahren zur selektiven Metallisierung von epoxidharzbasierten Duromeren zur Steigerung der Integrationsdichte für dreidimensionale mechatronische Package-Baugruppen

Laser-assisted process for the selective metallization of epoxy resin-based thermosets to increase the integration density for three-dimensional mechatronic package assemblies

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:29-opus4-172738
  • Unser alltägliches Leben in der modernen digitalen Kommunikationsgesellschaft stützt sich zunehmend auf Daten, die von mechatronischen Systemen mit Hilfe von Sensoren aus der Umwelt erfasst und verarbeitet werden. Aus den gewonnenen Informationen sollen Anwendungen zukünftig mehr und mehr Handlungen selbstständig ableiten und den Menschen einen Mehrwert generieren. Durch die stetige Steigerung der Funktionsintegrationsdichte innerhalb alltäglicher Anwendungen bei gleichzeitig reduziertem Bauraum vergrößern sich dabei die Anforderungen an die Leistungsfähigkeit der eingesetzten Materialen innerhalb der Baugruppe. Die vorliegende Forschungsarbeit setzt an der Miniaturisierung elektrischerUnser alltägliches Leben in der modernen digitalen Kommunikationsgesellschaft stützt sich zunehmend auf Daten, die von mechatronischen Systemen mit Hilfe von Sensoren aus der Umwelt erfasst und verarbeitet werden. Aus den gewonnenen Informationen sollen Anwendungen zukünftig mehr und mehr Handlungen selbstständig ableiten und den Menschen einen Mehrwert generieren. Durch die stetige Steigerung der Funktionsintegrationsdichte innerhalb alltäglicher Anwendungen bei gleichzeitig reduziertem Bauraum vergrößern sich dabei die Anforderungen an die Leistungsfähigkeit der eingesetzten Materialen innerhalb der Baugruppe. Die vorliegende Forschungsarbeit setzt an der Miniaturisierung elektrischer Leiterbahngeometrien auf dreidimensionalen mechatronisch-integrierten Bauteilen (3D-MID) an. Erfahrungen zeigen, ein frühes Versagen in Verbindung mit geringen Leiterbahnquerschnitten, hervorgerufen durch thermomechanische Spannungen zwischen den Polymersubstratmaterialien und den metallisierten elektrischen Leiterbahnen. Dazu wird die Verwendung alternativer epoxidharzbasierter Duromere untersucht, die im Spritzpress- und Spritzgießprozess verarbeitet werden können. Sie bieten im Vergleich zu den bisher typisch verwendeten thermoplastischen Materialien wie Polycarbonate, Polyamide und flüssigkristalline Polyamide einen deutlich geringeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten (CTE). Die Forschungsschwerpunkte liegen dabei auf der Entwicklung eines chemisch basierten Aktivierungsverfahrens zur lasergestützten, selektiv-additiven Metallisierung eines Fine-Pitch Leiterbahnlayouts auf nichtleitenden Substraten. Durch die ideale Anpassung der Werkstoffe innerhalb des Multimaterialverbundes lassen sich die Einsatzmöglichkeiten von 3D-MID Anwendungen in den Bereich der Package-Baugruppen erweitern und den Grad der Miniaturisierung steigern.show moreshow less
  • Our everyday life in the modern digital communication society is increasingly based on data from the environment that is recorded and processed with sensors in mechatronic systems. In the future, applications are going to use this information obtained to independently derive more and more actions and generate added value for people. Due to the constant increase in the density of functional integration within everyday applications while at the same time reducing the installation space, the demands on the reliability of all assembled components are increasing. This research work is based on the miniaturization of electrical conductor track geometries on three-dimensionalOur everyday life in the modern digital communication society is increasingly based on data from the environment that is recorded and processed with sensors in mechatronic systems. In the future, applications are going to use this information obtained to independently derive more and more actions and generate added value for people. Due to the constant increase in the density of functional integration within everyday applications while at the same time reducing the installation space, the demands on the reliability of all assembled components are increasing. This research work is based on the miniaturization of electrical conductor track geometries on three-dimensional mechatronic-integrated components (3D-MID). Experience shows an early failure in connection with small conductor track cross-sections, caused by thermomechanical stresses between the polymer substrate materials and the metallized electrical conductor tracks. For this purpose, the use of alternative epoxy resin-based duromers that can be processed in the transfer molding and injection molding process is investigated. Compared to the thermoplastic materials typically used up today, such as polycarbonates, polyamides and liquid-crystalline polyamides, they offer a significantly lower coefficient of thermal expansion (CTE). The research focus is on the development of a chemically based activation process for laser-based, selective-additive metallization of a fine-pitch conductor track layout on non-conductive substrates. Thanks to the ideal adaptation of the materials within the multi-material composite, the possible uses of 3D-MID applications in the area of package assemblies can be expanded and the degree of miniaturization increased.show moreshow less

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Metadaten
Author:Timo Kordaß
Persistent identifiers - URN:urn:nbn:de:bvb:29-opus4-172738
Persistent identifiers - DOI:https://doi.org/10.25593/978-3-96147-444-8
ISBN:978-3-96147-444-8
Series (Volume number):FAU Studien aus dem Maschinenbau (375)
Publisher:FAU University Press
Place:Erlangen
Editor:Jörg Franke, Nico Hanenkamp, Tino Hausotte, Marion Merklein, Michael Schmidt, Sandro Wartzack
Referee:Jörg Franke, André Zimmermann
Advisor:Jörg Franke
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of publication:2021
Date of online publication (Embargo Date):2021/09/26
Publishing Institution:FAU University Press
Granting institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Technische Fakultät
Acceptance date of the thesis:2020/10/23
Release Date:2021/09/27
Tag:3D-MID; Sensorsysteme; chemische Metallisierung
SWD-Keyword:Mechatronik; Duroplast; Kunststoff; Dreidimensionaler spritzgegossener Schaltungsträger; Ingenieurwissenschaften; Maschinenbau; Produktionstechnik
Length/size:xviii, 198 Seiten
Notes:
Parallel erschienen als Druckausgabe bei FAU University Press, ISBN: 978-3-96147-443-1
Original publication:mb.fau.de/diss
Institutes:Technische Fakultät / Department Maschinenbau
Technische Fakultät / Department Maschinenbau / Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS)
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 60 Technik / 600 Technik, Technologie
6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 62 Ingenieurwissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 62 Ingenieurwissenschaften / 621 Angewandte Physik
6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 67 Industrielle Fertigung / 670 Industrielle Fertigung
open_access (DINI-Set):open_access
Collections:Universität Erlangen-Nürnberg / FAU University Press
Licence (German):Creative Commons - CC BY-NC - Namensnennung - Nicht kommerziell 4.0 International
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