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

Files
17273_Kordass_Diss_MB_375.pdf (12.66 MB)
Diss. Reihe Maschinenbau, Band 375

Language
de
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2021-09-27
Issue Year
2021
Authors
Kordaß, Timo
Editor
Franke, Jörg
Hanenkamp, Nico
Hausotte, Tino
Merklein, Marion
Schmidt, Michael
Wartzack, Sandro
Publisher
FAU University Press
ISBN
978-3-96147-444-8
Abstract

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-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.

Abstract

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 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.

Series
FAU Studien aus dem Maschinenbau
Series Nr.
375
Citation
mb.fau.de/diss
Notes
Parallel erschienen als Druckausgabe bei FAU University Press, ISBN: 978-3-96147-443-1
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