Studentische Arbeiten

Aufgabenstellung

Zur Erforschung einer Quantensensor-Anwendung, bei der die magnetische Eigenschaft von unterschiedlichen Medien ausgenutzt werden soll, soll ein NV-basierendes Quantenmagnetometer verwendet werden, dessen zentrales Sensorelement ein Diamant ist. Für diesen optischen Sensor ist ein Magnetfeldführungssystem notwendig.

Aufbauend auf vorangehenden Untersuchungen mittels Magnetfeldsimulation und Verifizierung des realen Aufbaus soll in dieser Arbeit mittels optiSLang und PyAEDT innerhalb von Ansys eine Untersuchung zur Optimierung der bereits bestehenden Magnetfeldführung durchgeführt und durch Recherchen zu ähnlichen Anwendungen erweitert werden.

Einzeltätigkeiten

1. Einarbeitung in Magnetismus und Simulation mittels Ansys
2. Recherche zu Magnetfeldführungssystemen
3. Erweiterung einer bereits bestehenden Magnetfeldsimulation
4. Optimierung über OptiSlang und PyAEDT
5. Optional: Realer Testaufbau und Messung zum Abgleich mit Simulationen
6. Schriftliche Ausarbeitung

Beginn: ab sofort

Ihr Ansprechpartner am IFM:

Robert Molitor, M.Sc.
Allmandring 9 b
70569 Stuttgart
Tel.: 0711 685-84799
E-Mail: robert.molitor(at)ifm.uni-stuttgart.de

Aufgabenstellung

Kommerzielle Widerstände sind in ganz unterschiedlichen Ausführungen erhältlich. Beispiele hierfür sind Dickschicht-, Dünnschicht-oder Metallfolienwiderstände. Durch die unterschiedlichen Herstellungsprozesse unterscheiden sich die Widerstände in ihrer Langzeitstabilität. Diese kann mit Hilfe von Rauschmessungen charakterisiert werden. Es wurden bereits Messungen des Leistungsdichtespektrums von Widerständen mit zwei verschiedenen Messaufbauten durchgeführt. Daraus lässt sich der Noise Index als Größe für die Langzeitstabilität der Widerstände bestimmen. Zum Auslesen der Werte können unterschiedliche Messgeräte verwendet werden. In einer der Messaufbauten wird ein digitales Oszilloskop verwendet. Dabei müssen die Signale zuvor mit einem Low Noise Amplifier (LNA) verstärkt werden. Im zweiten Aufbau wird ein Nanovoltmeter verwendet. Hier ist keine externe Verstärkung notwendig. Bei der Vermessung von Widerständen wird eine Vollbrücke aufgebaut und charakterisiert, an die eine Speisespannung angelegt und die Brückenspannung als Differenzspannung gemessen wird. Die Versorgungsspannung sowie das Frequenzspektrum können variiert werden. Bei Hahn-Schickard werden im Technologiefeld Drucktechnik Sensoren bspw. zur Dehnungs- oder Temperaturmessung untersucht. Um optimale Parameter für den eigentlichen Druck und die anschließende Sinterung zu bestimmen, könnte sich auch hier die Messung der Langzeitstabilität über das Rauschen als sinnvoll erweisen. Neben teuren Messgeräten, die bisher in den Messaufbauten verwendet wurden, gibt es auch günstige USB-Oszilloskope wie das Analog Discovery 2 (AD2), die, mit einem LNA ausgestattet, in einer Inline-Messanwendung während des Sintervorgangs verwendet werden können.

In dieser Arbeit sollen zunächst die Eigenschaften des AD2 als USB-Oszilloskop für einen Messaufbau überprüft werden. Anschließend soll ein LNA für den AD2 konzipiert und ein Schaltplan dafür entworfen, das Layout erstellt und die Schaltung aufgebaut werden.

Mit dem neuen Messaufbau sollen kommerzielle Widerstände vermessen und gegen die bereits vorliegenden Messergebnisse verglichen werden. Hierbei soll auch überprüft werden in welchem Frequenzbereich die Messungen sinnvoll durchgeführt werden können. Anschließend sollen gedruckte Widerstände vermessen werden. Die Messergebnisse sollen ausgewertet, bewertet und dokumentiert werden.

Einzeltätigkeiten

• Einarbeitung in das Stromrauschen von Widerständen sowie zur Verstärkung von kleinen Signalen
• Überprüfen der Tauglichkeit eines USB-Oszilloskops AD2 zur Rauschmessung
• Konzeption und Schaltplanerstellung einer Verstärkerschaltung für das Rauschsignal der Brückenschaltung der zu untersuchenden Widerstände
• Layouterstellung der PCB und Aufbau des LNA
• Verifikation der Schaltung in Kombination mit dem AD2 zur Messung der Langzeitstabilität von kommerziellen Widerständen
• Überprüfung der Messbarkeit von gedruckten Widerständen mit großer Variation in den Widerstandswerten einer Vollbrücke
• Bestimmung des Noise Index der vermessenen Widerstände
• Dokumentation der Ergebnisse

Beginn: ab sofort

Ihre Ansprechpartnerin bei Hahn-Schickard:

Daniela Walter, M.Sc.
Allmandring 9 b
70569 Stuttgart
Tel.: 0711 685-84772
E-Mail: Daniela.Walter(at)Hahn-Schickard.de

Aufgabenstellung

Mikrosystemtechnik hat sich in den letzten Jahren zu einem wichtigen Arbeitsfeld in Deutschland entwickelt. Dies ist der stetig steigenden Anzahl der Elektronikentwicklungen zuzuschreiben, welche in vielen Branchen vom Automobil über Mobiltelefone bis hin zu medizinischen Geräten wiederzufinden sind. So führten beispielsweise die steigenden Anforderungen hinsichtlich Sicher-heit, Umweltschutz und Komfort im Automobile in den vergangenen Jahren zu einem Anstieg der Funktionen im Fahrzeug.
Daher benötigen die elektronischen Komponenten Gehäuselösungen, die bei gleichzeiti-ger Erfüllung der Anforderungen um die thermomechanische Robustheit und Zuverlässigkeit auch kostengünstig herzustellen sind. Dementsprechend zielen viele Neuentwick-lungen darauf ab, derartige Gehäuselösungen durch Verkapselung der Gesamtsysteme zu realisieren.

Bei der Verkapselung werden alle elektroni-schen Bauteile eines Gesamtsystems mit-hilfe einer Vergussmasse vollständig eingebettet. Dies schützt das Gesamtsystem vor Umwelteinflüssen und verringert zudem die Auswirkungen mechanischer Stöße und Vib-rationen, wodurch der Einsatz in rauen Umgebungen ermöglicht wird.
Bei Neuentwicklungen von Verkapselungslösungen stellt der nicht vorhandene Zugang an Kunststoffverarbeitungsanlage den größ-ten Kosten- und Zeitfaktor dar und verhindert bisher, dass Klein- und Mittelstandsunter-nehmen (KMU) ihre Entwicklung anhand von Prototypen zeitnah und kostengünstig über-prüfen können. Dieselbe Problematik betrifft die Herstellung bei geringen Losgrößen bis hin zur Losgröße 1, wie es beispielsweise bei personalisierten Produkten zunehmend an Bedeutung gewinnt.
Daher sollen im Rahmen der Arbeiten eine händisch zu bedienende hydraulische Spritzgussmaschine für die Duroplastverarbeitung entwickelt und aufgebaut werden.

Einzeltätigkeiten

• Recherche über bestehende Anlagen
• Entwicklung, Konstruktion und Aufbau einer händisch bedienbaren hydraulischen Spritzgussmaschine
• Auswahl von Normteilen für den Aufbau
• Durchführung von Spritzgießversuchen
• Untersuchungen der hergestellten Bauteile im Umwelttest mit anschließender Charakterisierung
• Auswertung der Ergebnisse

Beginn: ab sofort

Ihr Ansprechpartner bei Hahn-Schickard:
M. Sc. Mehmet Haybat
Allmandring 9 b
70569 Stuttgart
Tel.: 0711 685-84809
E-Mail: Mehmet.Haybat(at)Hahn-Schickard.de

Aufgabenstellung

Bei der Duroplastverkapselung werden elektronische Bauteile, unter anderem, mittels Epoxy Molding Compounds (EMC) im Spritz-gussverfahren verkapselt, um diese gegen-über Umwelteinflüsse zu schützen. Meist kommen dabei Leiterplatten als Substratträger zum Einsatz, worauf die Elektronik bestückt wird.

Der Herstellungsprozess einer Leiterplatte beginnt mit der Wahl des Basismaterials beispielsweise FR4, welches in unterschiedlichen Dicken verfügbar ist. Hierbei wird die endgültige Dicke der fertigen Leiterplatte durch verschiedene Faktoren beeinflusst, daher wird eine Toleranz hierfür angewendet. Eine typische Dickentoleranz für FR4 ist ±10 % auf den Nominalwert. Ein Basismaterial von 1,00 mm kann also tatsächlich zwischen 0,90 mm und 1,10 mm dick sein.

Die bei der Elektronikverkapselung verwendeten EMC-Materialien, sind niedrigviskoser im Vergleich zu thermoplastischen Kunststoffen. Sodass die Leiterplattendicke sehr starke Auswirkungen auf die Bauteilqualität der Verkapselung mit sich bringt. So führen dünnere Leiterplatten zur Überspritzung und zu dickere Leiterplatten zu Beschädigung am Werkzeug oder am eingelegten Bauteil. Ziel dieser Arbeit ist die Implementierung ei-nes Foliensystems in ein bestehendes Spritzgusswerkzeug, um die Dickenunter-schiede der Leiterplatten zu kompensieren.

Einzeltätigkeiten

• Erweiterung der Konstruktion an einem bestehenden Spritzgusswerkzeug
• Implementierung eines Foliensystems für Auswerfer- und Düsenseite
• Untersuchungen zur Abmusterung mit-tels Foliensystem
• Vermessung und Charakterisierung der Bauteilqualität

Beginn: ab sofort

Ihr Ansprechpartner bei Hahn-Schickard:
M. Sc. Mehmet Haybat
Allmandring 9 b
70569 Stuttgart
Tel.: 0711 685-84809
E-Mail: Mehmet.Haybat(at)Hahn-Schickard.de

Aufgabenstellung

MID – Molded Interconnect Devices sind meist polymere 3D-Substratmaterialien, die typischerweise zunächst Laserdirektstrukturiert (LDS) und danach außenstromlos mit Cu/Ni/Au metallisiert werden. Dies ermöglicht designflexible elektrische Leiterbahnlayouts zu generieren, auf welche sich elektronische Komponenten aufbringen lassen, um komplexe Schaltungsträger mit einer hohen Integrationsdichte zu erhalten. Solche MID finden bereits in den Bereichen Automotiv, Medizintechnik oder Kommunikations- und Informationstechnik Anwendung.

Die Zuverlässigkeit der metallischen Leiterbahnen auf MID-Substratwerkstoffen ist eine wesentliche Grundvoraussetzung für die Brachen-übergreifende Anwendung von MID. Jedoch ist die Entstehung von Mikrorissen in den Leiterbahnen, welche überwiegend in der Nickelschicht entstehen, eine der häufigsten Ausfallursachen.

In dieser Arbeit sollen daher nickelfreie Schichtsysteme auf verschiedenen MID-Substratwerkstoffen untersucht werden. Solche Schichtsysteme sind z.B. Cu/Ag, Cu/Sn, oder Cu/Pd/Au, die auf thermoplastischen Substraten selektive abgeschieden und anschließend optisch, elektrisch und mechanischen charakterisiert werden sollen.

Einzeltätigkeiten

• Einarbeitung in relevante Literatur
• Einarbeitung in relevante Geräte und Tools
• Optische, elektrische und mechanische Charakterisierung der Teststrukturen
• Dokumentation der Ergebnisse und schriftliche Ausarbeitung

Beginn: ab sofort

Ihre Ansprechpartnerin bei Hahn-Schickard:

Dr. Andrea Knöller
Allmandring 9 b
70569 Stuttgart
Tel.: 0711 685-84784
E-Mail: Andrea.Knoeller(at)Hahn-Schickard.de

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