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Entwicklungslinien
Für das SELECT-Netzwerk erfolgt die Entwicklung industriell anwendbarer sowie ressourcen- und energieoptimierter Fertigungsprozesse entlang der Wertschöpfungskette in Entwicklungslinien wie:
- Materialien für selektive Erwärmung
- Selektive Wärmebehandlungen für Materialmodifikation und Systemintegration
- Werkzeuge und Maschinenintegration
- Energiequellen
- Sensorik und Prozessmonitoring
Die Entwicklungslinien sind dabei nicht als autarke Teilsysteme zu betrachten, sondern sie bilden die komplexen Prozessabläufe in einzelnen Themenblöcken ab und interagieren miteinander.
Materialien für selektive Erwärmung
Die Entwicklungslinie „Materialien für selektive Erwärmung“ ist gerichtet auf die Entwicklung neuer Werkstoffkonzepte für lokal angepasste Werkstoffeigenschaften. Dazu zählen nano- und mikropartikelbasierte Sinterpasten (z. B. Ag, Cu, Al) und Lotpasten (z. B. Cu-Sn, Au-Sn), innovative Legierungssysteme bestehend aus Zwei- oder Mehrstoffsystemen (z. B. AlSi-X, AlGe-X), Barriere-, Isolations- und Sensorschichten (z. B. Glas Fritte, wasserstoffdichte Verbindungen), metallische Gläser (z. B. AlTiW) sowie Cuprat- und Eisenbasierten Hochtemperatursupraleiter (z. B. YBCO, FeSe).
Dabei stehen zwei Kernthemen im Vordergrund der Entwicklungen. Zum einen sollen bereits bestehende Materialsysteme modifiziert werden (z. B. Additive und Zusatzelemente, Partikelgröße, Materialmatrix), um diese zielgerichtet an selektive Erwärmungsprozesse anzupassen. Zum anderen sollen neuartige Materialien erarbeitet werden (z. B. Materialsystem), um die Wirkung der selektiven Erwärmung definiert zu erhöhen.
Selektive Wärmebehandlungen für Materialmodifikation und Systemintegration
das Ultraschall-unterstützte Bonden für Fine-Pitch Anwendungen, die dielektrische Erwärmung (z. B. Glas Fitte, Polymere, Silizium) sowie Wärmebehandlungen für optimierte Umform- und Trennprozesse. Dabei stehen produktionstechnische Innovationen für Anwendungen in der der Automobilindustrie (elektrische Antriebe, Beleuchtung, Sensoren), der Energietechnik (Windkraft, Photovoltaik), dem Transportwesen (elektrifizierte Bahnen und Busse, Sensoren), der Feinmechanik und Optik (Mikrospiegel, medizinische Optiken) und dem Maschinen- und Anlagenbau (Leistungsschalter, Umformmatrizen, Trennwerkzeuge) im Vordergrund.
Dabei stehen zwei Kernthemen im Vordergrund der Entwicklungen. Zum einen sollen bereits bestehende Materialsysteme modifiziert werden (z. B. Additive und Zusatzelemente, Partikelgröße, Materialmatrix), um diese zielgerichtet an selektive Erwärmungsprozesse anzupassen. Zum anderen sollen neuartige Materialien erarbeitet werden (z. B. Materialsystem), um die Wirkung der selektiven Erwärmung definiert zu erhöhen.
Werkzeuge und Maschinenintegration
Die Entwicklungslinie „Werkzeuge und Maschinenintegration“ ist gerichtet auf die Entwicklung, Herstellung und Integration von selektiven Erwärmungswerkzeugen (induktive und konduktive/resistive Heizelemente) sowie Werkzeugkühlsystemen (passiv/aktiv, Luft, Wasser, Öl, Peltier) zur Integration in Anlagensysteme der Mikrofertigung. Dazu zählen z. B. Bond- und Sintermodule auf Chip- und Waferebene für den Einsatz und die Integration der entwickelten Erwärmungstechnologien in industrielle Fertigungsanlagen. Die Realisierung weiterer Prozessbedingungen wie der Applikation des erforderlichen Fügedruckes sind darüber hinaus wichtige Merkmale der zu entwickelnden Induktoren und Presswerkzeuge. Schwerpunkte werden hierbei das (Mikro-) Lasersintern von Induktoren mit optimierten Querschnitten, Anbindungen und Werkstoffen sowie segmentierte und miniaturisierte Heizelemente für die Elektronik-Montage sowie der FFF-Druck von Keramiken und/oder Metallen für Werkzeugkomponenten bzw. die Vorform- / Grünlingherstellung sein.
Die Kombination verschiedener Fertigungsverfahren (z. B. Andrucken von Heizelementen auf mechanische Elemente) werden ebenfalls für Anwendungen in der Mikrosystemtechnik ein Entwicklungsgegenstand sein. Im Bereich der Dünnschichterwärmung steht neben den mikrotechnischen und additiven Fertigungsprozessen für die Herstellung auch die Entwicklung von Werkzeugen im Vordergrund, die den selektiven Wärmeeintrag und die Problematik der Größen- und Eindringtiefenverhältnisse, der Homogenität der Erwärmung sowie der Miniaturisierung der Induktorstruktur bei der Verbindung von dünnen Schichten (wie Monomaterialfolien) verfahrens- bzw. prozesstechnisch sicher gewährleisten können.
Energiequellen
Der Trend im Packaging von Mikrosystemen, Technologien mit selektivem Wärmeeintrag einzusetzen sowie der vermehrte Einsatz von Monomaterialien in der Dünnschichttechnologie erfordert die Entwicklung ultrahochfrequenter Generatoren für die Erwärmungstechnologie. Diese ermöglichen über den Skin-Effekt den direkten Energieeintrag in sehr dünne Schichten oder Partikel (µm-Bereich). Der Kerninhalt dieser Entwicklungslinie ist die Neu- und/oder Weiterentwicklung von Generatoren und deren Anpassung essentieller Komponenten an die Fügeaufgabe für den Einsatz im Packaging und der Dünnschichttechnologie.
Zentrales Thema wird dabei die Entwicklung von Stromquellen für den MHz-Bereich sein. Die Entwicklung hochfrequenter Schwingkreis-basierter Umrichter (f ≥ 3 MHz) und die Integration von RF/Plasma-Generatoren (f > 6,7 MHz) sowie die Frequenzmodulation (z. B. Multi-Frequenzen, Phasenverschiebungen) stehen dabei im Vordergrund. Weiterhin werden Energiequellen für gepulste induktive und konduktive Erwärmungsprozesse, frequenzvariable Generatoren (in-Line-Frequenzvariation / Wobbel-Generatoren), latenzarme Steuerungen sowie die Automatisierung und Nutzung des maschinellen Lernens Inhalt dieser Entwicklungslinie sein.
Sensorik und Prozessmonitoring
Die Entwicklungslinie „Sensorik und Prozessmonitoring“ dient der Erarbeitung von Überwachungs-, Mess- und Steuerungsmechanismen und -komponenten für eine erfolgreiche Umsetzung der vorangestellten Entwicklungslinien. Somit soll an die jeweilige Applikation angepasste Messtechnik, integriert in Werkzeugkomponenten bzw. Erwärmungsanlage, ein Monitoring unterschiedlicher Messgrößen (z. B. Temperatur, Kraft, Frequenz, Stromstärke, Spannungen) in Echtzeit ermöglichen. Zusätzlich sollen diese Messgrößen als Datengrundlage für hochdynamische Steuerungen der vorliegenden Erwärmungsprozesse verwendet werden.
Diese Steuer- und Regelkreise können anschließend in die entsprechenden Anlagen integriert werden. Als wesentliche Entwicklungsthemen können hierfür der Einsatz von dynamischen Thermoelementen mit reduziertem EM-Einfluss, die faseroptische Temperaturmessung mit geringer Trägheit und hoher Temperaturbeständigkeit, die (Hochgeschwindigkeits-)Thermografie zur Messung von Temperaturverteilungen sowie deren und latenzarme Einbindung in die Steuerung von Energiequellen genannt werden. Ein weiteres Entwicklungsthema wird die Integration von Messtechnik als sensorische Folien bilden, mit dem Prozessgrößen erfasst werden können, die auf Folien und Bauteile sowie Werkzeugkomponenten im Fertigungsprozess wirken.