Inline Qualitätssicherung für den 3d Druck von elektronischen Baugruppen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Welf-Guntram Drossel; Professor Dr.-Ing. Henning Heuer
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik ; Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 525389037

Kürzere Produktlebenszyklen bei zunehmender Produktindividualisierungen sind industrieübergreifende Herausforderungen. Im Bereich der elektronischen Baugruppen gilt es eine hohe kundenspezifische Funktionalität zu gewährleisten. Damit steigt der Bedarf an flexiblen Produktionslinien, während das Problem der individuellen Integration von Komponenten und Steckverbindern ungelöst bleibt. Der digitale Drop-on-Demand-Druck, wie z.B. Tintenstrahl- oder Jet-Dispensing, ist eine der möglichen Lösungen für diese Herausforderungen. Diese Technologien bieten eine flexible Integration und Anwendung von Leitstrukturen, Sensoren, Antennen, Heizstrukturen oder Aktuatoren, indem funktionelle Tinten oder Pasten direkt auf die verschiedenen komplex geformten Komponenten gedruckt werden. Dies ist eine Voraussetzung, um Teile ohne Montageaufwand mit Sensoren und leitfähigen Funktionsstrukturen auszustatten. Ein konventioneller Drop-on-Demand-Produktionsprozess besteht aus dem Druckprozess und der thermischen Nachbehandlung der gedruckten Strukturen. Während dieser Produktionsschritte treten Ungenauigkeiten des Druck- und Nachbehandlungsprozesses auf, die sich negativ auf die Reproduzierbarkeit des Drop-on-Demand-Druckens und auf die Qualität der gedruckten Strukturen auswirkt. Die schlechte Reproduzierbarkeit ist einer der Hauptgründe für die begrenzte Anwendung solcher Technologien. Zur automatischen Erkennung von auftretenden Fehlern, die während des Druck- und Nachbehandlungsprozesses auftreten, schlagen die Autoren vor, ein Inline-Messsystem zur Qualitätskontrolle von gedruckten Strukturen zu entwickeln, das auf der Datenfusion von induktiver Impedanzspektroskopie, Lasergeometriemessung und Pyrometrie basiert. Die ausgewählten Methoden werden geometrische und elektrische Daten für jede Koordinate entlang des gedruckten Pfades liefern. Um die realen elektrischen Eigenschaften zu erfassen, müssen die Einflüsse von Temperaturschwankungen und die Abstandsschwankungen des Sensors kompensiert werden. Die erste Herausforderung des Projekts ist die Entwicklung und Herstellung eines Hochfrequenzwirbelstromsensors, der im nassen Zustand empfindlich auf die gedruckten Strukturen reagiert. Ein passender Laser und Pyrometer werden aus verfügbaren Systemen ausgewählt. Die zweite Herausforderung besteht darin, ein empirisches Modell zur Qualitätskontrolle der Leiterbahn zu erstellen, das die geometrischen und elektrischen Signaldaten zusammenführt. Das Modell bestimmt die Morphologie und die reale Leitfähigkeit (Kompensation von Abstandsschwankungen und Temperatureinfluss) der gedruckten Struktur in jeder Koordinate entlang des Pfades, um abzuschätzen, ob ein morphologischer Defekt während des Druckens oder ein Fehler während der thermischen Nachbehandlung aufgetreten ist. Das entwickelte System ist übertragbar und kann auch zur Qualitätssicherung von Pfaden oder Mustern verwendet werden, die durch andere Drucktechnologien und/oder mit anderen Leitpasten aufgebracht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen