Cluster Mikrosystemtechnik
Die thermische Auslegung und Simulation nimmt einen immer höheren Stellenwert in der Entwicklung von Batteriesystemen ein. In dieser Studie wird ein Prüfverfahren zur zerstörungsfreien und nichtinvasiven Ermittlung der Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit von Lithium-Ionen Pouch-Zellen vorgestellt und die Messergebnisse mit Literaturdaten verglichen.
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.
In this paper, we report the recent research and development at the Technische Hochschule Ingolstadt (THI) on Cu based sinter pastes and conductive inks for applications in the field of high power electronics packaging and printed electronics. Cu based sinter pastes have been developed for low temperature (250-275°C), rapid (3-5 min) and low pressure (≤20 MPa) die-attach bonding process in an open bond chamber under N2 flow. A simple two-step sintering process similar to industrialized Ag sintering processes is implemented, thereby offering an attractive, cost-effective alternative that can be used on the same equipment currently used for Ag sintering under pressure. The average shear strength of 60 MPa which is comparable to commercial micro-scale Ag sinter pastes under same processing conditions is reported. Based on the development of Cu die-attach materials, also Cu inks for printed electronics were developed by complexing Cu(II) formate salt with an alkanol amine generating in-situ nanoparticles (ranging from 100-500 nm) after decomposition at lower temperatures (<160°C). Fine Cu traces of ~100 µm width are realized through ink-jet printing. The sintered inkjet printed traces gave a bulk resistivity value of 102 µΩcm for a trace of thickness 2.5±0.5 µm.
In Verpackungs- und Abfüllanlagen im Lebensmittel- und Pharmabereich spielt der Verwiegeprozess eine exponierte Rolle: Er ist unverzichtbar und stellt bezüglich der Taktzeiten häufig den Flaschenhals dar. Gerade im Pharmabereich sind jedoch auch die Anforderungen bezüglich Auflösung und Reproduzierbarkeit so streng, dass als mögliches Wägemodul häufig nur EMK-Waagen (Elektromagnetisch kraftkompensierte Waagen) infrage kommen. Den Anforderungen nach Auflösung und Reproduzierbarkeit werden diese Waagen spielend gerecht, jedoch zu Lasten der Messzeit.
Um dieses Spannungsfeld zu überwinden, genügt es im Entwicklungsprozess nicht, die einzelnen Komponenten dieses hochgradig mechatronischen Systems zu optimieren – die Komponenten müssen aufeinander abgestimmt und das Gesamtsystem als solches optimiert werden. Hierzu liefert eine Systemsimulation ein wertvolles Hilfsmittel. Sie erlaubt es, unterschiedliche Modelltypen mit verschiedenen Abstraktionsgraden miteinander zu verknüpfen und so für jede Komponente die Detailtiefe zur Verfügung zu stellen, die für die Optimierung benötigt wird und trotzdem schnell laufende Modelle zu erzeugen. Hier wird die Vorgehensweise zur Modellerstellung und Optimierung anhand des oben skizzierten Beispiels einer EMK-Waage beleuchtet.
Within the scope of this project, a portable measuring device has been developed which enables a cost-effective analysis of organic substances from ppm to sub-ppm range, such as drug residues in groundwater. The measurement is carried out by means of a surface-enhanced Raman scattering effect (SERS effect) and an exchangeable sensor head. The sensor head used is a nanostructured optical glass fiber glued into a fiber cannula. The tip of the fiber has been processed to act as a SERS cell. The fiber cannula is connected to a freely movable patch cable by using an adapter. Para-thiocresol is used to characterize the SERS cells.
Das Messprinzip der Atomlagenthermosäule (Atomic Layer Thermopile = ALTP) ermöglicht Wandwärmestrommessungen mit einer außergewöhnlich hohen Frequenzauflösung bis in den MHz-Bereich (Ansprechzeit ca. 1 μs). In diesem Beitrag wird die Entwicklung eines Sensormoduls zur Anwendung der ALTP in verbrennungsmotorischen Untersuchungen vorgestellt. Notwendige Kühlsysteme für das Sensormodul, basierend auf einer konvektiven Prallkühlung und einem geschlossenen System mit Wärmerohren, sind für Langzeitmessungen entwickelt worden. Abschließend wird ein Belastungsprüfstand und der Versuchsablauf für Sensormodultests inklusive Kühlsystemen vorgestellt.
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.
Für e-textiles Anwendungen wie z.B. für Heizflächen, zur Vitaldatenerfassung, zum Ergonomiemonitoring, Beleuchtungen oder für innovative Bedienkonzepte sind textilintegrierte Sensoren und textilkonforme elektronische Bauteile essentiell. Daraus entstehen große Anforderungen bzgl. Tragekomfort, Waschbarkeit, Designfreiheit, Signalstabilität und kostengünstiger Herstellprozesse.
Silicon bietet eine hohe Dehnbarkeit, extrem hohe chemische und mechanische Robustheit und ist damit ideal geeignet zur Integration in dehnbare Textilien. Druck-/Dehnungssensoren, Heizflächen oder Elektroden, die am Fraunhofer ISC hergestellt wurden, lassen sich mittels etablierten Textil-Drucktechniken oder mit Klebeverfahren in unterschiedlichste Bekleidungen und technische Textilien einarbeiten.
Antennen und Signalleitungen in Textilien lassen sich durch Stick- und Stricktechniken realisieren. Schwieriger wird die Verbindung zwischen elektronischen Baugruppen. Konventionelle Kontaktierungsmethoden für e-textiles wie Druckknöpfe, Leitkleber, Crimpen, Löten, Sticken oder Nähen erzeugen oft Probleme wie verminderte Leitfähigkeit, geringe mechanische Zuverlässigkeit sowie ungenügende Waschbarkeit.
Die am Fraunhofer IZM entwickelte Klebetechnologie bietet große Vorteile textile Substrate und elektronische Module in einem Schritt mechanisch und elektrisch zuverlässig miteinander zu verbinden. Die gebondeten Kontakte zeigen sehr gute Zuverlässigkeit bei zyklischer Temperatur- und Feuchtigkeitsbelastung sowie nach der Waschreinigung. Während des non-conductive adhesive (NCA)-Bondprozesses schmelzen der nichtleitende Klebstoff und die optionale thermoplastische Drahtisolierung und werden von den Kontaktstellen weggedrückt. Nach dem Abkühlen härtet der Klebstoff aus und die Module werden in einem Schritt mechanisch und elektrisch verbunden. Im Gegensatz zum Flip-Chip-Lötverfahren ist das Hinzufügen eines Underfills nicht notwendig, da die bereits am Prozess beteiligten Klebstoffe auch diese Funktion übernehmen. Mit der Bonding-Technologie lassen sich verschiedenste textilintegrierte Schaltungen kontaktieren: gestickte, gewebte, gestrickte oder textilbasierte Schaltungen, auch mit (thermoplastischer) Isolierung.
Am Beispiel des BMBF-Projekts „TheraTex“ wird zur therapeutischen Unterstützung von Hemiparese-Patienten ein multisensorisches e-textiles Kleidungsstück entwickelt, das auf SmartIMU-Modulen (IMU = inertial measurement unit) und DES-Sensoren (DES = Dielektrische Elastomer Sensoren) basiert, die mittels NCA-Bonding auf einem textilen Leiterbus kontaktiert und somit in das Textil integriert wurden. Die (mikro-)elektronische Datenverarbeitung und Signalinterpretation erlaubt Aussagen über muskuläre Beanspruchungen und zur Haltung/Bewegung.
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.
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.