Industrie-Richtlinie für räumliche Schaltungsträger

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Der neu gegründete VDI/VDE-Fachausschuss Mechatronisch integrierte Baugruppen (MID) arbeitet an einer Richtlinie zur Herstellung von MID im LDS-Verfahren. Forschungspartner in dem Industrieausschuss sind der Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS) der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, das Hahn-Schickard-Institut in Stuttgart sowie die Fraunhofer-Einrichtung für Entwurfstechnik Mechatronik IEM in Paderborn.
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Neuer VDI/VDE-Fachausschuss Mechatronisch Integrierte Baugruppen (MID): Seit Anfang des Jahres arbeitet der neu gegründete VDI/VDE-Fachausschuss Mechatronisch integrierte Baugruppen (MID) an einer Richtlinie zur Herstellung von MID im LDS-Verfahren. Forschungspartner in dem Industrieausschuss sind der Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS) der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, das Hahn-Schickard-Institut in Stuttgart sowie die Fraunhofer-Einrichtung für Entwurfstechnik Mechatronik IEM in Paderborn.

Von hoher Bedeutung ist die Industrie-Richtlinie für räumliche Schaltungsträger für die künftige Anwendung von MID-Technologien, so Prof. Dr.-Ing. Jörg Franke, Leiter des Lehrstuhls FAPS und Vorsitzender des Vorstandes der Forschungsvereinigung Räumliche Elektronische Baugruppen (3-D MID) e.V.

Dr.-Ing. Roman Dumitrescu, Direktor am Fraunhofer IEM, ist Vorsitzender des VDI/VDE-Fachausschusses Mechatronisch Integrierte Baugruppen, der bis Frühjahr 2017 Richtlinien für die Herstellung räumlicher Schaltungsträger erarbeitet.

„Wir entwickeln eine Richtlinie, die für potentielle Anwender der MID-Technologie von hoher Bedeutung ist“, sagt Prof. Dr.-Ing. Jörg Franke, Leiter des Lehrstuhls FAPS und Vorsitzender des Vorstandes der Forschungsvereinigung Räumliche Elektronische Baugruppen (3-D MID) e.V. „Denn ohne eine breit akzeptierte Norm für die Integration von Leiterbahnen auf beliebig geformte Kunststoffkörper muss der Anwender jedes Projekt aufs Neue aufwändig qualifizieren.“ Diese Situation ist im Wettbewerb zu standardisierten Technologien von entscheidendem Nachteil, so Prof. Franke.

Wissenschaftliche Diskussionsgrundlage für alle Akteure

Der neu gegründete Fachausschuss mit Experten aus Forschung und Industrie will diese Lücke füllen und mit Richtlinien und Referenzprozessen Orientierung und Sicherheit schaffen. Dr.-Ing. Roman Dumitrescu, Direktor am Fraunhofer IEM und Vorsitzender des Fachausschusses erläutert die Herausforderungen des Projektteams: „Im Grunde stoßen zwei Welten aufeinander: Auf eine komplexe Kunststoff-Form wird aufwendige Elektronik gesetzt. Da muss in der Entwicklung und in der Produktion einiges bedacht werden“. Zwar gebe es die internationale Norm für Leiterplatten IPC-A-610, darin seien die unterschiedlichen speziellen Anforderungen an 3D-Leiterplatten allerdings kein Thema.

Das Ergebnis der Arbeiten des Fachausschusses werden Empfehlungen für Akteure entlang der gesamten Prozesskette sein. Dafür wird ein Referenzprozess für die Laserdirektstrukturierung (LDS) definiert. Dieser aus den Schritten Kunststoffspritzen, Strukturierung und Metallisierung zusammengesetzte Prozess hat sich derzeit am Markt durchgesetzt. Durch die häufig verteilte Wertschöpfungskette ergeben sich jedoch Fehlerpotentiale an Schnittstellen, so Christoph Jürgenhake vom Fraunhofer IEM. „Zur Optimierung des Gesamtprozesses werden wir Fehlerpotentiale wie etwa die Toleranzgrenze bei der Fremdmetallisierung aufzeigen und Lösungen vorschlagen. Damit entsteht eine wissenschaftliche Diskussionsgrundlage für alle Akteure – vom Hersteller bis zum Kunden.“

Expertise fließt zusammen

Der Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS) der Friedrich-Alexander-Universität in Erlangen-Nürnberg und das Hahn-Schickard-Institut in Stuttgart sind Experten für die Herstellung integrierter Mikrosysteme und MID-Technologien wie etwa Kunststoff- und Spritzgießtechnik oder die Strukturierung und Metallisierung von Oberflächen. Das Fraunhofer IEM bringt seine Kompetenzen im Bereich Entwurfstechniken ein, um den zu entwickelnden Referenzprozess mit einem strukturierten und methodischen Vorgehen zu untermauern.

Intensive Vorarbeiten für die neue Industrie-Richtlinie gibt es bereits. So etwa die Marktstudie „MID-Studie 2011 – Markt- und Technologieanalyse“ der Forschungsvereinigung 3-D MID e.V. aus 2011 und das Initiativ-Vorhaben „Zuverlässigkeit bei MID – Hemmnisse, Handlungsfelder, Potentiale“. Derzeit erarbeitet der Fachausschuss die Vorabversion der Richtlinie; der Gründruck wird voraussichtlich Ende 2016 zur Verfügung stehen. Die Veröffentlichung ist für Frühjahr 2017 geplant.

 

Die Funktionen auf der sperrigen Leiterplatte (links) werden im Fraunhofer IEM direkt ins Gehäuse des Gerätes (rechts) gebracht. Christoph Jürgenhake arbeitet an der Weiterentwicklung der Technologie. © Foto David Gense

 

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