Räumliche elektronische Baugruppen (3D-MID)

Vorwort

Inhalt

1 Mechatronische Integrationspoten­ziale durch MID

1.1 Technologische Grundlagen

1.1.1 Definition und Grundprinzip

1.1.2 Geometrische Klassifizierung

1.1.3 Potenziale der 3D-MID-Technologie

1.1.4 MID-Referenzprozess

1.1.5 Einflussfaktoren auf die Technologieauswahl

1.1.6 Abgrenzung zu verwandten Technologiefeldern

1.2 Relevante Branchen und Anwendungsfelder

1.2.1 MID-relevante Branchen

1.2.2 Anwendungsfelder

1.3 MID-Markt im globalen Vergleich

1.3.1 Historische Entwicklung

1.3.2 MID-Schwerpunkte der einzelnen Regionen

1.4 Schwerpunkte der MID-Forschung

1.5 Schlüsselfaktoren für erfolgreiche Projekte

1.6 Netzwerkorientierte Zusammenarbeit in der Forschungsvereinigung 3-D MID

2 Werkstoffe für räumliche Schaltungsträger

2.1 Einführung in die MID-Werkstoffklassen

2.2 Werkstoffeigenschaften und Kennwertermittlung für MID

2.2.1 Mechanische Kennwerte von Kunststoffen

2.2.2 Thermische Kennwerte

2.2.2.1 Kurzzeitige Temperatureinwirkung

2.2.2.2 Langzeitige Temperatureinwirkung

2.2.2.3 Relevante thermische Kennwerte für MID

2.2.3 Elektrische Kennwerte

2.3 Werkstoffe für die MID-Technologie

2.3.1 Thermoplastische Kunststoffe für MID

2.3.1.1 Standard-Thermoplaste

2.3.1.2 Technische Thermoplaste

2.3.1.3 Hochleistungsthermoplaste

2.3.2 Modifizierte Thermoplaste für MID

2.3.2.1 Strahlenvernetzte Thermoplaste

2.3.2.2 Hochgefüllte Thermoplaste

2.3.2.3 Thermoplaste für ausgewählte Technologien der MID-Metallisierung

2.3.3 Duroplastische Kunststoffe für MID

3 Strukturierung und Metallisierung

3.1 Strukturierungsverfahren

3.1.1 Einkomponentenspritzgießen

3.1.1.1 Laserstrukturieren

3.1.1.1.1 LPKF-LDS®-Verfahren

3.1.1.1.2 ADDIMID-Technologie

3.1.1.1.3 Alternative Laserstrukturierungsverfahren

3.1.1.2 Drucktechniken

3.1.1.2.1 Aerosol-Jet®-Druck

3.1.1.2.2 Inkjet-Druck

3.1.1.2.3 Heißprägen

3.1.2 Zweikomponentenspritzgießen

3.1.3 Insert-Molding

3.1.3.1 Folienhinterspritzen

3.1.3.1.1 Thermoplastschaumguss

3.1.3.1.2 Spritzprägen

3.1.3.1.3 Hinterpressen

3.1.3.1.4 Weitere Varianten des Folienhinterspritzens

3.1.4 Alternative Strukturierungsverfahren

3.1.4.1 Primertechnologie

3.1.4.2 Tampondruck

3.1.4.3 Plasmatechnologien

3.1.4.3.1 Flamecon®

3.1.4.3.2 Plasmadust®

3.2 Metallisierung

3.2.1 Reinigung der Substratoberfläche

3.2.2 Metallisierung

3.2.3 Schichtdicken und Rauigkeiten

3.2.4 Strombelastbarkeit

4 Montagetechnik für 3D-MID

4.1 Prozesskette

4.2 Herausforderungen bei der Montage

4.2.1 Einfluss der Struktur

4.2.2 Montage auf dreidimensionalen Körpern

4.3 Automatisierte Montage

4.3.1 Anforderungen

4.3.2 Auftrag des Verbindungsmediums

4.3.3 Bestückung der Bauelemente

4.3.4 Reflowlöten

4.3.5 Optische Prüfung

5 Verbindungstechnik

5.1 Besonderheiten und Herausforderungen

5.2 Verbindungsmedien

5.2.1 Lotpaste

5.2.2 Leitende und nichtleitende Klebstoffe

5.2.2.1 Isotrope Leitkleber

5.2.2.2 Anisotrope Leitkleber

5.2.2.3 Nichtleitende Klebstoffe

5.2.3 Einpressstifte

5.3 Verbindungsverfahren

5.3.1 Reflowlötverfahren

5.3.1.1 Infrarotlöten

5.3.1.2 Konvektionslöten

5.3.1.3 Kondensationslöten

5.3.2 Selektive Lötverfahren

5.3.3 Kleben

5.3.4 Einpresstechnik

5.3.5 Chipmontage

5.3.5.1 Drahtbonden

5.3.5.2 Flip-Chip-Technologie

5.3.5.3 Glob-Top

5.4 Anbindung zu der Peripherie

5.5 Schutz der Verbindungstechnik vor Umgebungseinflüssen

6 Qualität und Zuverlässigkeit

6.1 Herausforderungen der Qualitätssicherung

6.2 Simulationsgestützte Qualitätsabsicherung

6.3 Zerstörungsfreie Prüfverfahren

6.3.1 Optische Prüfverfahren

6.3.2 Automatisierte optische Inspektion

6.3.3 Röntgenanalyse

6.3.4 Computertomographie

6.3.5 Röntgenfluoreszenzverfahren

6.4 Zerstörende Prüfverfahren

6.4.1 Haftfestigkeit

6.4.1.1 Schältest

6.4.1.2 Stirnabzugtest

6.4.1.3 Zugschertest

6.4.1.4 Meißeltest

6.4.1.5 Gitterschnitt-Test (Tape-Test)

6.4.2 Scherkraftmessung und Pull-Test

6.4.3 Analyse anhand von Schliffbildern

6.5 Elektrische Charakterisierung

6.5.1 Widerstand

6.5.2 Stromerwärmung

6.5.3 Isolationseigenschaften

6.6 Zuverlässigkeitsanalyse

6.6.1 MID-spezifische Herausforderungen

6.6.2 Beschleunigte Alterung

6.6.3 Anwendungsbeispiel.I: Hochtemperaturbeständige MID

6.6.4 Anwendungsbeispiel.II: Einpressverbindungen

7 MID-Prototyping

7.1 Klassifizierung von Mustern und Prototypen

7.1.1 Anschauungsmuster

7.1.2 Konzeptmodell

7.1.3 Funktionsmuster

7.1.4 Prototyp

7.2 Verfahren zur Anfertigung von Kunststoffgrundkörpern

7.2.1 Stereolithografie

7.2.2 Selektives Lasersintern

7.2.3 Fused Deposition Modeling

7.2.4 Vakuumgießen in Silikonformen

7.2.5 Fräsen thermoplastischer Halbzeuge

7.2.6 Spritzgießen

7.3 Muster und Prototypen in LPKF-LDS®-Technik

7.3.1 ProtoPaint LDS-Verfahren

7.3.2 LDS-Prozess mit FDM-Kunststoffbauteilen

7.3.3 LDS-Prozess mit Vakuumgießteilen

7.3.4 LDS-Prozess mit gefrästen Halbzeugen

7.3.5 LDS-Prozess mit Spritzgießteilen aus Rapid Tooling Spritzgießwerkzeugen

7.3.6 LDS-Prozess mit Spritzgießteilen aus Stahlwerkzeugen mit nicht gehärteten Formeinsätzen

7.4 Muster und Prototypen in Heißprägetechnik

7.5 Muster und Prototypen in 2K-MID-Technik

7.6 Aerosol-Jet-Druck auf STL-Bauteilen

7.7 Übersicht der verschiedenen Kombinationen zum MID-Prototyping

8 Integrative Entwicklung von MID-Bauteilen

8.1 Systematiken zur Entwicklung von MID-Bauteilen

8.1.1 VDI-Richtlinie 2206: Entwicklungsmethodik für mechatronische Systeme

8.1.2 Methodik zur Produktoptimierung mechanisch elektronischer Baugruppen nach Peitz

8.1.3 Systematik zur Entwicklung mechatronischer Systeme nach Kaiser

8.2 Anforderungen

8.3 Produktkonzipierung

8.4 Fertigungsprozesskonzipierung

8.5 Elektronikentwurf

8.6 Ausarbeitung des Fertigungsprozesses

8.7 Ausarbeitung der Aufbau- und Verbindungstechnik

8.8 Arbeitsplanung

8.9 MID-Spezifische Entwicklungsinstrumente

8.9.1 MID-Konstruktionskataloge

8.9.2 Eigenschaftskarten von MID-Verfahren

8.9.3 MID-Leitfäden

8.9.4 MID-Features

8.10 Rechnerunterstützung

8.10.1 MID-spezifische Anforderungen an Entwicklungs­werkzeuge

8.10.2 Softwarewerkzeuge für Konstruktion und Layout

8.10.3 Softwarewerkzeuge für die Simulation

8.10.4 CAD/CAM-Ketten

9 Fallstudien

9.1 OLED

9.2 Strömungssensor

9.3 Mehrbandantenne für Smartphones

9.4 ACC Positionssensor

9.5 Drucksensor

9.6 MULTI LED

9.7 Insulin-Pumpe

9.8 Passive UHF-RFID-Transponder

9.9 LED-Kameramodul

9.10 3D-Schaltmodul

9.11 Sicherheitskappen

9.12 Sonnensensor

9.13 Mikrofonträger für Hörgeräte

9.14 Sitzverstellschalter

9.15 LED-Leuchte

10 Abkürzungsverzeichnis

11 Literatur

12 Verfasser

12.1 Herausgeber

12.2 Autoren

12.3 Fachliche Lektoren

13 Adressen

13.1 Forschungsvereinigung 3-D MID e..V.

13.2 Mitglieder der Forschungsvereinigung 3-D MID e..V.

Stichwortverzeichnis