Cluster Mikrosystemtechnik
Flammenionisationsdetektoren (FID) sind etablierte gassensorische Lösungen für die Bestimmung von Kohlenwasserstoffkonzentrationen, die sich insbesondere durch geringe Nachweisgrenzen und geringe Querempfindlichkeiten auszeichnen. Ihr Einsatz erfolgt überwiegend in der Industrie (Analyse), im Explosionsschutz und im Umweltschutz. Die konventionelle Herstellung von FIDs erfolgt über feinwerktechnische Verfahren, die Bereitstellung der Betriebsgase (H2, Luft) über Druckgasflaschen. Die aufwändige Einzelfertigung bzw. die umständliche Bereitstellung der Betriebsgase limitieren den Einsatz der Sensorik hinsichtlich Kosten, Mobilität und Betriebszeit. Die Überwindung dieser Limitierungen durch den Einsatz mehrlagenkeramischer Fertigungstechnologien war Ziel der aufgeführten Entwicklungsaktivitäten.
In Hybrid- und Brennstoffzellenfahrzeugen werden Traktionsbatterie und Brennstoffzelle über einen DCDC-Wandler an das Hochvoltbordnetz angebunden, um die Bordnetzspannung zu stabilisieren und das gewünschte Spannungsniveau einzustellen, typischer Weise 800 V. Um die passiven Komponenten (Drossel, Kondensator) entsprechend leicht und kompakt gestalten zu können, sind möglichst hohe Schaltfrequenzen des DCDC-Wandlers notwendig. Gleiches gilt für den elektrischen Turbokompressor, welcher für Brennstoffzellen benötigt wird – hier muss der speisende Inverter besondere Anforderungen erfüllen, z.B. einen sehr niedrigen Stromripple.
Die idealer Weise erforderlichen Schaltfrequenzen von über 300 kHz sind derzeit nur mit GaN-Transistoren umsetzbar. Das Spannungsfenster im Hochvoltbordnetz reicht aktuell bis 800 Volt, GaN-Transistoren sind derzeit allerdings nur für Sperrspannungen bis 650 Volt auf dem Markt verfügbar. Aufgrund dessen ist der Einsatz einer 3-LevelTopologie notwendig, welche des Weiteren Vorteile hinsichtlich EMV bietet. Jedoch stellt dies höhere Anforderungen an Schaltungstopologie und Schaltungsträgerlayout als bei einer vergleichbaren, standardmäßig eingesetzten 2-Leveltopologie mit 1200 V-Halbleitern.
Ein Ziel bei der Herstellung von Conformable Electronics ist die immer zunehmende Miniaturisierung. Ein Ansatz ist die direkte Bestückung der gedruckten Elektronik mit SMD Bauteilen. Innerhalb dieses Herstellungsprozesses müssen die Bauteile jedoch großen Belastungen standhalten.
Für diese Studie werden Null Ohm SMD-Widerstände unterschiedlicher Größe mittels Leitkleber auf PC/PBT-Folie appliziert und anschließend mittels High-Pressure Forming Prozess verformt. Die Bauteile befinden sich in Bereichen mit unterschiedlicher lokaler Dehnung. In dieser Untersuchung werden die Einflüsse des Hinterspritzens bei unterschiedlichen Prozessparametern auf verformten Folien mit Bauelementen der Größe 0603 und ebenen Bauteilen der Größe 0805 untersucht. Betrachtet wird in dieser Studie der Einfluss der Schmelzetemperatur und der Einspritzgeschwindigkeit.
Es erfolgt eine elektrische Auswertung bezüglich Ausfall und Widerstandsänderung hinsichtlich Lage und Dehnungsgrad nach dem Hinterspritzen. Die aufgeklebten Komponenten wurden in Bereichen verschiedener lokaler Verformungen positioniert. Die Ausrichtung der Bauelemente ist alternierend in und quer zur Schmelzerichtung erfolgt. Zur Beurteilung des Einflusses wurden verschiedene Einspritzgeschwindigkeiten ausgewertet. Elektrische Komponenten können in Bereichen bis zu 15 % Dehnung aufgebracht werden, ohne dass diese Beschädigung erfahren.
Der Beitrag betrachtet die Anwendbarkeit einer Tiefziehsoftware für die Simulation von Hochdruck-Umformprozessen. Das Hochdruckumformen ist eine Sonderform des Thermoformens, bei welcher mit höheren Umformdrücken, aber geringeren Substrattemperaturen gearbeitet wird. In herkömmlichen Thermoformprozessen werden die zu verformenden Substrate auf Temperaturen deutlich oberhalb der Glasübergangstemperatur geheizt, um diese mittels Vakuumtiefziehen auf ein einseitiges Werkzeug ziehen zu können. Für diese Prozessvariante werden Softwaretools bereits angewendet. Unter gezielter Anpassung der Prozessparameter kann die Software T-Sim für das Hochdruck-Umformen verwendet werden. Im vorgelegten Beitrag wird untersucht, wie sich die Software für die Anwendung bei bedruckten Foliensubstraten eignet. Die Software wurde eingesetzt um besonders beanspruchte Bereiche zu lokalisieren und die Bedruckung und Bestückung anzupassen. Zusätzlich wurde untersucht, inwieweit sich die Simulation dazu eignet, Prozessparameter für die Umformung in Hinblick auf die applizierten Leiterzüge auszuloten. Im Vergleich mit realen Prozessen konnte die prinzipielle Eignung bestätigt werden.
Der zweifach ausgezeichnete TOP100 Innovator Deutschlands, die Silver Atena GmbH, entwickelte zusammen mit dem Partner RAPA die innovative Komponente für das derzeit beste aktive Fahrwerk der Welt. Es verbindet höchste Agilität und Fahrkomfort indem es individuell an jedem Rad die Feder- und Dämpferkräfte regelt. Notwendig hierfür ist das hochperformante Zusammenspiel von Hydraulik, Mechanik und Elektronik.
Die hochintegrierte Motor-Pumpen-Einheit (MPE), der sogenannte „Intelligent eQUALIZER“, wurde 2018 mit dem „Daimler Special Award for Innovation“ ausgezeichnet. Der Intelligent eQUALIZER besteht aus einer Innenzahnradhydraulikpumpe, einer permanenterregten Synchronmaschine (PMSM) sowie einem 48 V, 3,5 kW Steuergerät inklusive Software und hochdynamischer Regelung. Die Hauptherausforderung lag in sehr hohen Anforderungen hinsichtlich Bauraum, Stabilität, Leistung und Dynamik. In diesem Beitrag wird speziell auf die Elektronik und die Regelung der PMSM eingegangen.
Die Elektronik des Intelligent eQUALIZER besteht aus einer Leistungs- und einer Rechnerplatine. Beide Platinen sind bauraumoptimiert über einen Spritzgussträger verbunden. Zur Erfassung der Ist-Lage des Rotors dient ein Rotor-Positionssensor. Daneben stellt die Elektronik zahlreiche Zustandsgrößen der MPE über einen CANBus zur Verfügung. Die integrierten Überwachungs- und Diagnosefunktionen ermöglichen größtmögliche Funktionssicherheit, so dass das Gesamtsystem mit ASIL-C entsprechend ISO 26262 bewertet ist.
Die größten Herausforderungen für die Regelung sind die auftretende Drehzahldynamik und Leistungsbeschränkungen durch Vorgaben des Bordnetzes. Ersteres tritt auf, da Einwirkungen der Fahrbahn auf das Fahrwerk sehr kurzfristig und hochdynamisch erfolgen. Letzteres, da der Intelligent eQUALIZER im Gesamtsystem Auto nur einen Nebenverbraucher darstellt. Zur Regelung des Fahrkomforts wird die PMSM im Vierquadrantenbetrieb mit der Möglichkeit zur Rückspeisung in die Batterie mit einer feldorientieren Regelung in Feldschwächung mit Raumzeigermodulation betrieben. Der Fahrkomfortregelung ist eine hochdynamische Leistungslimitierungsregelung überlagert.
Für eine Einführung in die fertigungstechnischen Grundlagen der Aufbau- und Verbindungstechnik sind im Wahlfach „Leiterplattentechnik Praktikum“ an der Technischen Hochschule (TH) Rosenheim Inhalte der Prozesstechnik und des Leiterplattendesigns miteinander kombiniert. Zu Beginn der Veranstaltung zeichnen die Praktikumsteilnehmer ein Layout für eine Leiterbahn-Teststruktur, welche anschließend im Haus gefertigt wird. Nach der Fertigung folgt eine elektrische und optische Charakterisierung zur Kontrolle der Prozessqualität. Die praxisnahe Erstellung eines einlagigen Layouts für eine LED-Taschenlampe auf Basis eines vorgegebenen Schaltplans und innerhalb einer begrenzten Platinenfläche sowie dessen Fertigung befähigen die Kursteilnehmer später, eigene Layouts für elektronische Schaltungen selbstständig zu entwickeln. Die anspruchsvolle, teilautomatische Bestückung einer zweilagigen, vorgegebenen SMT(Surface Mount Technology)-Leiterplatte, die ein FM-Radio mit Capacitive Touch-Steuerung bildet, rundet die erfolgreiche Qualifizierung in der Leiterplattentechnik ab.
In der industriellen (Serien-)Fertigung ist der Einsatz optischer Sensoren durch ihre berührungslose, schnelle und flexible Messfähigkeit weit verbreitet. Besonders in harten Produktionsumgebungen, wie der Pressumformung, ist jedoch die Auswahl an geeigneten Messmethoden für eine Inline-Bauteilkontrolle stark begrenzt. Produktionsbedingte Störgrößen aus Sicht des Messsystems wie Schwingungen, Lagetoleranzen und Beölung der zu prüfenden Bauteile nehmen Einfluss auf die erreichbare Genauigkeit der Messung und schließen bestimmte (z.B. vibrationsempfindliche) Verfahren grundsätzlich aus. Am Anwendungsfall des Presswerks der BMW Group in Dingolfing sollen im Rahmen des Automobilbaus blechumgeformte Außenhautteile auf Oberflächen- und Geometrieabweichungen, wie beispielsweise Einschnürungen, inline im Serientakt geprüft werden. Die implementierte Messmethodik basiert dabei auf sog. inverser Streifenprojektion in Kombination mit Einseitenbanddemodulation als Auswertemethode. Dabei genügt eine einzelne Kameraaufnahme zur Auswertung, wodurch der Einfluss von Schwingungen deutlich reduziert wird. Neben der Entwicklung des Messverfahrens sind auch die Systemintegration in die Produktion bzw. Presse sowie die prozesstechnische Integration in die übergeordnete Qualitätsstrategie von zentraler Bedeutung. Erste Inline-Messungen zeigen die prinzipielle Funktionalität der Messmethodik im Fertigungs-Einsatz.
We present new micro processing and connecting processes with state-of-the-art ultrashort pulse laser systems with pulse durations in the femtosecond to picosecond timescale. Laser processes like shock-wave induced thin-film delamination (SWIFD), laser patterning of conductive thin films, fabrication of interconnection lines and laser-induced forward transfer (LIFT) of functional materials for the fabrication of microelectronic elements such as interconnects and embedded circuits are discussed in detail. These laser-induced processes and fabrication methods offer new possibilities for the packaging of semiconductor, surface mounted and/or hybrid systems and subsystems. Additionally, processing methods with these laser systems for innovative applications in the microelectronics field like the laser-lift-off for flexible displays and printed circuits, welding of brittle glass materials like sapphire and gorilla glass used in the communication area and micro machining of ceramic substrates with compact workstations equipped with high speed manufacturing tools are also presented.
Gezeigt wird die Realisierung und Charakterisierung von miniaturisierten dielektrischen Barrierenentladungen (DBD) die mittels mikroelektromechanischer Methoden (MEMS) auf Dünnschichtsubstraten hergestellt wurden. Im Vergleich zu makroskopischen Plasmaaktuatoren (PA) konnte die Zündspannung deutlich reduziert und der Leistungseintrag erheblich gesteigert werden.
Die Luftqualität in Innenräumen ist besonders ausschlaggebend für die Konzentrations- und Leistungsfähigkeit [1] – und in Zeiten von Corona auch für den Infektionsschutz. Die Qualität der Luft kann u.a. aus dem CO2-Gehalt, der Temperatur, der Luftfeuchte und verschiedenen Feinstaubwerten abgeleitet werden [2]. Die Entwicklung eines Messsystems zur automatischen Messung der Luftqualität und der Übertragung der Messdaten an eine Software-SPS wird auf Basis einer Bachelor-Arbeit [3] vorgestellt. Dies beinhaltet die Softwareentwicklung in diversen Systemkomponenten und die Inbetriebnahme eines funktionsfähigen Prototyps.