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Master-, Bachelor- und Studienarbeiten

Offene Themen (Stand: 15.11.2017)

 

Dies ist nur eine Auswahl der aktuell offenen Themen. Weitere können am Institut oder bei
den genannten Mitarbeitern von IFM oder Hahn-Schickard Stuttgart nachgefragt werden.
Des Weiteren ist die Art der Arbeit offen, d.h. je nach Anforderung kann ein Thema als
Master-, Bachelor- oder Studienarbeit bearbeitet bzw. auf Sie zugeschnitten werden.

 

 

Untersuchung zur Überführung von auf Folie gedruckten Leiterbahnstrukturen auf die Oberfläche eines mittels FAM hergestellten Thermoset-Substrates

 






Die Herstellung von Kunststoffgehäusen aus Duroplastwerkstoffen für Halbleiterbauelemente mittels Transfer Molding ist ein längst etablierter Standardprozess.
Das Bestreben der heutigen Forschung und Entwicklung geht immer weiter dazu über die Verzugsproblematik aufgrund der großen CTE-unterschiede aller beteiligten Materialien zu lösen. Den größten Einfluss auf den Verzug eines kunststoffverkapselten Schaltungsträgers haben dabei das verwendete Schaltungs-material (Leadframe, PCB,…) und Epoxy Molding Compound (EMC), sodass in dieser Arbeit der Ansatz verfolgt werden soll einen alternativen Schaltungsträger auf EMC-Basis zu erzeugen. Die Film-Assisted Transfer Molding Technologie bietet hierfür den idealen Entwicklungsraum.

Im Rahmen dieser studentischen Arbeit sollen auf verschiedene Folienträger mittels Inkjet- bzw. Aerosol-Drucktechnologie Leiterbahnstrukturen aus Silber gedruckt werden. Das Druckverfahren soll dabei kontrolliert eingesetzt werden, sodass die Leiterbahnstrukturen auf den verschiedenen Folienträgern haften. Diese gedruckten Strukturen sollen mittels der FAM-Technologie in einen EMC basierten Träger überführt werden.

Ansprechpartner:
Dipl.-Ing. Daniel Hera, Tel.: 0711 / 685-84716, E-Mail: Daniel.Hera@Hahn-Schickard.de

 

Erarbeitung einer Methode zur Bestimmung des Spiral Flows von Epoxy Molding Compounds in einer Film-Assisted Transfer Molding Maschine

 






Die Herstellung von Kunststoffgehäusen aus Duroplastwerkstoffen für Halbleiterbauelemente mittels Transfer Molding ist ein längst etablierter Standardprozess.
Das dabei verwendete Epoxy Molding Compound (EMC) ist kühlpflichtig und es besitzt laut Hersteller eine Lebensdauer (Lagerung bei 7 °C) von einem halben Jahr. Grund dafür ist die Vernetzungsreaktion des Thermoset-Materials, die bei Kühltemperatur nicht verhindert sondern nur verlangsamt werden kann.

Im Rahmen dieser Arbeit soll eine Methode erarbeitet werden, den Parameter Spiral Flow (nach ASTM test number D3123-98) eines Epoxy Molding Compounds mit Hilfe einer Film-Assisted Transfer Molding (FAM) Maschine der Firma Boschmann zu bestimmen. Zudem soll herausgefunden werden, wie die Lagertemperatur mit dem Verbrauchszeitraum korreliert. Hierfür liegen die EMCs bei Temperaturen von 7 °C, -20 °C und -40 °C gelagert vor. Da sich die Spiral Flow Messung in der FAM-Maschine von der üblichen Messung unterscheiden kann, sollen mögliche Abweichungen der Temperatur und des Fließverhaltens des aufgeschmolzenen EMCs berücksichtigt und analytisch oder experimentell abgeschätzt werden. Zudem soll ein Modell für den Alterungsprozess unter Berücksichtigung der Lagertemperatur erarbeitet werden.

Ansprechpartner:
Dipl.-Ing. Daniel Hera, Tel.: 0711 / 685-84716, E-Mail: Daniel.Hera@Hahn-Schickard.de

 

Entwicklung und Systemintegration von hochsensitiven Quantensensoren

 

Seybold_MA_Quantensensoren

             Quantensensor

 

Am 3. Physikalischen Institut der Universität Stuttgart wird sehr erfolgreich an sogenannten Stickstoff-Fehlstellen-Zentren (NV) in Diamant geforscht. NV-Zentren sind optisch aktiv und fluoreszieren unter dem Einfluss von magnetischen und elektrischen Feldern sowie unter Temperatur und Stress.
Daraus lassen sich hochsensitive Sensoren aufbauen, was auch bereits im Labormaßstab umgesetzt wurde.
Ziel dieser Arbeit ist die Konzeption, Konstruktion und der Aufbau eines Optikmoduls zur Umsetzung dieses Messprinzips in einem miniaturisierten Maßstab. Hierbei soll eine LED oder Laserdiode verwendet werden um mit Hilfe eines Fotodetektors und ggf. einer Optik das Fluoreszenzsignal in einem NV-Diamant erfassen zu können. Der Diamant wird dabei mittels Mikrowellen angeregt und mit Licht durchleuchtet. Hierzu werden zunächst die Anforderungen und die Randbedingungen formuliert und anschließend verschiedene Varianten ausgearbeitet und bewertet.
Im zweiten Schritt erfolgt darauf basierend die Auslegung und Konstruktion des Optikmoduls. Zur Abrundung der Arbeit wird das Optikmodul in Form eines Demonstrators aufgebaut, in Betrieb genommen und erste Messungen durchgeführt.
Die Arbeit wird in enger Kooperation mit dem 3. Physikalischen Institut der Universität Stuttgart betreut, auch in Bezug auf die physikalischen Grundlagen.

Ansprechpartner:
Dr.-Ing. Jonathan Seybold, Tel.:0711/685-84771, E-Mail: Jonathan.Seybold@Hahn-Schickard.de

 

Konstruktion und Aufbau einer Prototypenanlage für die additive Fertigung (3D)

 

Vieten_MA      Additive Fertigung (Belichtung von Zugstäben)

 

Die additive Fertigung ist einer der aktuellen Megatrends in der Produktionstechnik. Die werkzeuglose Fertigung ermöglicht die schnelle und günstige Produktion von Klein-serien bis hinab auf Losgröße eins. Die Palette an Werkstoffen, die für die additive Fertigung geeignet sind, wächst stetig. Bisher werden die Werkstoffe jedoch nicht auf die Ansprüche der Mikrosystemtechnik abgestimmt. Um die Vorteile der additiven Verfahren auch in der MST nutzen zu können, müssen Werkstoffe mit geeigneten mechanischen Eigenschaften gefunden werden.

Im Rahmen dieser Arbeit soll ein Versuchsaufbau konstruiert und umgesetzt werden. Mit dem Aufbau sollen geometrisch simple Prüfkörper aus flüssigen, UV-vernetzenden Kunststoffen herstellbar sein. Dabei soll der Ansatz verwendet werden, Körper schichtweise aufzubauen, um die Werkstoffeigenschaften mittels additiver Fertigung untersuchen zu können. Das System soll so weit wie möglich modular erweiterbar sein.

Ansprechpartner:
Dipl.-Ing. Tobias Vieten, Tel.:0711/685-83731, E-Mail: tobias.vieten@ifm.uni-stuttgart.de

 

Machbarkeitsuntersuchung zu Physical Unclonable Functions bei LDS- MIDs

 

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                                       LDS-MID

 

In der vernetzten Welt mit vielfältigen elektronischen Komponenten und Systemen ist die Sicherheit solcher Geräte von entscheidender Bedeutung. Physical Unclonable Functions (PUF) stellen dabei eine gute Möglichkeit dar, durch Authentifizierung bzw. Identifizierung von Komponenten oder durch die Nutzung von PUFs zur kryptografischen Schlüsselgenerierung die Sicherheit von derartigen Systemen in der Anwendung wesentlich zu erhöhen.

Die ausgeschriebene Arbeit ist als Machbarkeitsstudie zu sehen, welche die Nutzung von LDS-strukturierten MIDs als PUF grundlegend untersucht. Dies beinhaltet neben der Auswahl und dem Aufbau geeigneter Proben, der Durchführung der entsprechenden Versuche ebenso die Implementierung eines Algorithmus zur Generierung einer Kennung aus den gemessenen Werten.

Ansprechpartner:
M.Sc. Benedikt Wigger, Tel.:0711/685-84770, E-Mail: Benedikt.Wigger@Hahn-Schickard.de

 

Untersuchungen zu Benetzungseigenschaften und Haftfestigkeit mittels Inkjet gedruckter Strukturen auf laservorbehandelten Oberflächen

 

                                       Bild

 

Digitale Drucktechnologien bieten die Möglichkeit, Leiterbahn-systeme aus Tinten mit leitfähigen Komponenten wie z.B. Nanopartikeln direkt auf ein Substrat zu drucken. Um diese Leiterbahnen z.B. zum Aufbau elektrischer Schaltungen mit aufgeklebten SMD-Bauteilen nützen zu können, muss eine ausreichende Haftung der Leiterbahnen auf dem Substratmaterial gewährleistet sein. Die Haftfestigkeit und das Benetzungsverhalten dieser Strukturen auf verschiedenen Substraten kann durch diverse Vorbehandlungsmethoden entscheidend beeinflusst werden.

Im Rahmen dieser Arbeit soll der Einfluss einer Vorbehandlung von polymeren Substratmaterialien mittels Laser auf die Benetzungs-eigenschaften und Haftfestigkeit darauf gedruckter Strukturen untersucht werden. Hierzu erfolgt nach dem Bedrucken der vorbehandelten Substrate mit Nanogoldtinte und thermischer Aushärtung der gedruckten Strukturen die Charakterisierung der Haftfestigkeit mittels Tape- und Schertest. Ziel der Arbeit ist es, Erkenntnisse zur Haftfestigkeit und zu den Benetzungseigenschaften gedruckter Strukturen in Abhängigkeit der Herstellungsparameter zu gewinnen. .

Ansprechpartner:
Dipl.-Ing. Daniel Juric, Tel.:0711/685-82993, E-Mail: Daniel.Juric@Hahn-Schickard.de

 

Konstruktion und Erprobung eines Behältnisses für das Positionieren und Ansteuern von Nanodroplets in öligen Lösungen

 Droplets

     Idee zur konstruktiven Gestaltung
     des Droplet-Behältnis

 

  Droplets_Detail

  Detail

1. Teil der Arbeit
Droplet Interfaces stellen in der heutigen Zeit ein sehr umfangreiches Hilfsmittel zur Untersuchung biologischer und biophysikalischer Fragestellungen von künstlichen Membranen und darin inkorporierten Proteinen dar.

Droplets sind Wassertröpfchen im Volumenbereich von einigen wenigen Nanolitern welches sehr kleine Dimensionen impliziert (d < 700µm).  Zur Observation benötigt man daher ein Mikroskop.  Eine wichtige Anforderung für Untersuchungen von Membranproteinen ist die separate elektrische Ansteuerbarkeit jedes einzelnen Droplets innerhalb eines zu untersuchenden Arrays von Droplets.

Eine Aufgabe in diesem, im Rahmen einer Kooperation mit dem Institut für Biophysik ausgeschriebenen Projektes, ist das Konstruieren und die Erprobung eines Behältnisses für das Positionieren und Ansteuern von Nanodroplets in öligen Lösungen. Ein durch Beschichtung erzeugtes Gerüst auf einem Mikroskoplicht- durchlässigen Trägermaterial (Glas oder PMMA) soll dabei die fokusrelevante Grund-struktur der Vorrichtung sein. Die Kammer muss des Weiteren so ausgelegt sein, dass sie für Flüssigkeiten undurchlässig ist. Die elektrische Ansteuerbarkeit der Droplets, wie auch eine Verrutschsicherheit dieser, sind ein weiter wichtiger planungstechnischer Aspekt dieses ersten, konstruktiven Teilbereiches der Arbeit.

2. Teil der Arbeit
Die Erprobung der Vorrichtung unter anwendungs-/ forschungsnahen Bedingungen unter mikroskopischer Überwachung, am Institut für Biophysik, sollen den gestalterischen und praktischen Aufbau dieser Vorrichtung verifizieren. Als Letztes, ist eine Lösung bevorzugt, welche eine einfache und wirtschaftliche Reproduzierbarkeit der Kammer ermöglicht.

Ansprechpartner:
Dipl.-Ing. Daniel Juric, Tel.:0711/685-82993, E-Mail: Daniel.Juric@Hahn-Schickard.de

Erarbeitung einer Methode zur selektiven volladditiven Metallisierung von Aluminiumnitridkeramik mittels Laserstrukturierung

 

Ermantraut_Metallisierung_AlNKer

        Metallisierte 3D-Al2O3-Keramiksubstrate

 

Spritzgegossene Schaltungsträger aus Thermoplast-werkstoffen haben sich in den unterschiedlichsten Anwendungsgebieten etabliert. Die Metallisierung dieser Schaltungsträger erfolgt mittels lasergestützter additiver Prozesse und erlaubt eine nahezu uneinge-schränkte dreidimensionale Formgebung der Schal-tungsträger. Zur Erweiterung der Anwendungsbereiche wird der Einsatz von keramischen Werkstoffen als Schaltungsträgermaterial vorangetrieben. Keramiken bieten eine hohe Wärmeleitfähigkeit sowie eine gute thermische und chemische Beständigkeit und ermög-lichen dadurch den Einsatz beispielsweise in der Leistungselektronik oder der Medizintechnik.

Im Rahmen dieser Arbeit soll eine Methode zur laserge-stützten Metallisierung von Aluminiumnitridkeramik entwickelt werden. Zunächst sollen Kenntnisse über unterschiedliche Laserstrukturierungsprozesse sowie über die Funktionsweise der Laseraktivierung und Metallisierung von Keramiken erworben werden. Weiter sind geeignete AlN-Keramiken für die folgenden Untersuchungen auszuwählen. Vor der Durchführung der Versuche ist ein detaillierter Versuchsplan mit verschiedenen Parametervariationen auszuarbeiten, anhand dessen anschließend die Versuche durchgeführt und ausgewertet, sowie die für die Metallisierung am besten geeigneten Laserparameter ermittelt werden sollen. Ein weiterer Bestandteil der Arbeit ist die Charakterisierung der abgeschiedenen Leiterbahnen hinsichtlich Haftfestigkeit, Rauheit sowie elektrischen Eigenschaften. Zum Abschluss sollen Empfehlungen bezüglich einer prozessstabilen Metallisierung von AlN-Keramiken abgeleitet werden.

Ansprechpartner:
M.Sc. Eugen Ermantraut, Tel.:0711/685-83772, E-Mail: eugen.ermantraut@ifm.uni-stuttgart.de

Härten von Nickel-Beschichtungen für die Diamantbearbeitung

      

      
       Roeder_Haerten_klein 
       Ultrapräzisionsfräsen
      

Zur Herstellung von Polymeroptiken mittels Spritzguss sind Werkzeugeinsätze mit extrem geringer Rauigkeit notwendig. Zur Herstellung dieser Oberflächen werden Diamantwerkzeuge genutzt. Diese können jedoch aufgrund von sehr starkem Verschleiß nicht in eisenhaltigen Metallen eigesetzt werden. Aus diesem Grund muss hierfür auf alternative Materialien zurückgegriffen werden. Diese weisen jedoch oft eine deutlich geringere Härte als Stahl auf, was für die Lebensdauer der Werkzeugeinsätze im Spritzguss von Nachteil ist. In dieser Arbeit soll untersucht werden, wie nickelhaltige Beschichtungen (P-Nickel, NiP) durch thermische Behandlung gehärtet werden können um eine vergleichbare Härte wie Stahl zu erreichen und gleichzeitig eine Diamantbearbeitung zu ermöglichen.
Ziel dieser Arbeit ist, die besten Prozessparameter für die thermische Härtung zu erarbeiten, sowie den Einfluss auf Mikrostrukturen in der Schicht zu evaluieren. Die Mikrostrukturen sollen dabei durch Diamantfräsen in die Bauteile eingebracht werden.

Ansprechpartner:
M.Sc. Marcel Röder, Tel.:0711/685-83729, E-Mail: Marcel.Roeder@Hahn-Schickard.de

Erarbeitung von Prozessparametern zum flächendeckenden Auftrag und Strukturierung eines Negativlacks

      

      
       
                      

                             < Bildunterschrift >
      

Für einen Negativlack sollen Prozessparameter für den Auftrag mittels Conformal Coater und für die Strukturierung des Lackes mittels Direktbelichter (LDI) erarbeitet werden.
Für die Versuche am Conformal Coater stehen verschiedene Applikatoren zum flächendeckenden Lackauftrag zur Verfügung. Es sollen Prozesspara-meter zum homogenen Schichtdickenauftrag gefunden werden, mit denen der Negativlack ohne Lufteinschlüsse oder andere Schichtdefekte aufgetragen werden kann. Zur Schichtdickenmessung und Optimierung der Schichtdickenhomogenität stehen verschiedene Messsysteme zur Verfügung.

Nach Schichtapplikation werden mittels LDI Strukturen in den Lack eingebracht. Dafür sollen die Einflüsse der Lackschichtdicke, der physikalischen und chemischen Eigenschaften des Lacks und verwendeten Substrate sowie den eingesetzten Maschinenparametern auf die abgebildeten Strukturen bestimmt werden. Die Strukturen nach Belichtung und Entwicklung werden durch unterschiedliche Messmethoden charakterisiert und bewertet.

Ansprechpartner:
M.Eng. Florian Janek, Tel.:0711/685-83803, E-Mail: Florian.Janek@Hahn-Schickard.de

Bestimmung von Prozessparametern zur Verarbeitung und Strukturierung eines Trockenresistsystems

      

      
       
                              

                       < Bildunterschrift >
      

Inhalt dieser Arbeit ist das Verpressen eines Trockenresists in einer Heisslaminierpresse auf unterschiedliche Substratmaterialien und Strukturierung des Resists durch einen Belichtungsprozess mittels Direktbelichter (LDI) und anschließender chemischer Entwicklung. Für den Verpressvorgang sind an die Substratmaterialien angepasste Parameterprofile der Presstemperatur, des Anpressdrucks und des Kammerinnendrucks zu bestimmen. Nach Verpressen werden mittels LDI Strukturen in den Resist eingebracht. Dafür sollen die Einflüsse der physikali-schen und chemischen Eigenschaften des Lacks und der verwendeten Substrate sowie den eingesetzten Maschinenparametern auf die abgebildeten Strukturen bestimmt werden. Die Strukturen nach Belichtung und Entwicklung werden durch unterschiedliche Messmethoden charakterisiert und bewertet.

Ansprechpartner:
M.Eng. Florian Janek, Tel.:0711/685-83803, E-Mail: Florian.Janek@Hahn-Schickard.de