Studentische Arbeiten

Aufgabenstellung:

Der Trend in der Mikroelektronik geht hin zu immer größeren Packungsdichten und kleineren Systemen. Insbesondere IC-Packages wurden immer weiter miniaturisiert und es wurden immer neue Kontaktierungsmethoden entwickelt. Eine besonders flächeneffiziente Kontaktierungsmethode ist das Ball-Grid-Array (BGA). BGA erlauben es, Chip-Packages bei einer großen Anzahl von Kontakten mit der darunter liegenden Leiterplatte zu verbinden.

Eine Methode zur Miniaturisierung von Systemen sind 3D Aufbautechniken wie die LDS-MID Technologie, bei der spritzgegossene Kunststoffträger mit einem Laser strukturiert und aktiviert werden und dann üblicherweise eine selektive Cu/Ni/Au Metallisierung erhalten.

Der Aufbau von BGA auf LDS-MID stellt eine Herausforderung dar, da lediglich 2 Schaltungslagen zur Entflechtung zur Verfügung stehen und der normalerweise beim Löten von BGA auf Leiterplatten eingesetzte Lötstopplack in der Regel nicht vorhanden ist.

 Aufgabe für den/die Studierende/n:

Der/die Studierende soll nun im Rahmen dieser Studienarbeit Untersuchungen durchführen, in wie weit sich BGAs beim heutigen Stand der Technik auf LDS-MID löten lassen. Dazu soll zum Beginn eine Einarbeitung in die LDS-MID Technologie sowie in die Aufbautechnik von BGA erfolgen.

Auf Basis dieser Erkenntnisse und der verfügbaren Design-Rules werden dann Ansätze zur möglichen Prozessführung beim Löten von BGAs auf LDS-MID erarbeitet. Darauf aufbauend wird ein Versuchsplan erstellt. Nach der Erstellung von Layouts und Testsubstraten erfolgen Lötversuche von BGAs auf LDS-MID.

Die aufgelöteten BGAs werden dann z.B. anhand von Querschliffen, Röntgenaufnahmen und elektrischen Messungen untersucht.

Einzeltätigkeiten

• Einarbeitung in die Eigenschaften von BGAs und LDS-MID Technik
• Versuchsplanung
• Analyse der möglichen Prozessführung auf Basis der Design-Regeln von LDS-MID und versch. BGAs
• Durchführung von Versuchen zum Aufbringen von Lötstopplack und zum Löten von BGAs auf LDS-MID
• Inspektion der gelöteten BGAs durch elektrische Vermessung, CT-Aufnahmen und Querschliffe
• Dokumentation der Arbeit

Ihr Ansprechpartner bei Hahn-Schickard:

MSc. Marius Wolf
Allmandring 9 b
70569 Stuttgart
Tel.: 0711 685-84345
E-Mail: Marius.Wolf(at)Hahn-Schickard.de

Aufgabenstellung:

3D Aufbautechniken wie die LDS-MID Technologie, bei der spritzgegossene Kunststoffträger mit einem Laser strukturiert und aktiviert werden und dann üblicherweise eine CU/Ni/Au Metallisierung erhalten, ermöglichen gegenüber der Leiterplattentechnik eine deutliche Miniaturisierung und Funktionsintegration. Jedoch bildet das Prototyping von LDS-MID immer noch eine Engstelle in der Entwicklung neuer LDS-MIDs. Da der 3D-Druck in vielerlei Hinsicht nicht die notwendigen Toleranzen im Hinblick auf Maßhaltigkeit und Oberflächengüte erreicht, sind vereinfachte Alternativen zum Spritzguss notwendig. Eine solche Alternative ist das Compression Molding (CM), bei dem ein Halbzeug in eine Form eingelegt wird und dann in einer Heißpresse umgeformt wird. Im Zuge dieser Studienarbeit soll nun ein solcher Compression Molding Prozess für hochtemperaturbeständige LDS-Materialien entwickelt werden und mit anderen Prozessen verglichen werden.

Aufgabe für den Studenten:

Der/die Studierende soll sich im Rahmen dieser Arbeit in die LDS-MID Technologie sowie die Kunststoffverarbeitung einarbeiten. An die Planung der Arbeiten/Untersuchungen soll der/die Studierende ein Werkzeug für das Compression Molding konstruieren und aufbauen. Unter Verwendung einer Heißpresse soll der/die Studierende dann die Prozessführung für verschiedene LDS-Werkstoffe entwickeln. Die nach der Prozessentwicklung vorliegenden Bauteile sollen dann hinsichtlich verschiedener Eigenschaften untersucht werden. Zum einen sollen die mechanischen Eigenschaften wie z.B. Zugfestigkeit, Maßhaltigkeit, Füllstoffverteilung und minimal erreichbare Wandstärken untersucht werden. Zum anderen sollen die Bauteile einem LDS-Screening unterzogen werden.

Einzeltätigkeiten

• Einarbeitung in die LDS-MID Technik und die Kunststoffverarbeitung
• Planung der Studienarbeit und Erstellung eines Versuchsplanes
• Konstruktion eines CM-Werkzeuges
• CM-Prozessentwicklung für verschiedene LDS-Werkstoffe
• Analyse der Bauteile im Vergleich zu anderen Prozessen (Injection Molding, Injection Compression Molding) hinsichtlich Zugfestigkeit, Maßhaltigkeit, Verzug und Schwund, Füllstoffverteilung, lokal erreichbare minimale Wandstärken und Prozesskompatibilität zum LDS-MID Prozess
• Dokumentation der Arbeit

Ihr Ansprechpartner bei Hahn-Schickard:

MSc. Marius Wolf
Allmandring 9 b
70569 Stuttgart
Tel.: 0711 685-84345
E-Mail: Marius.Wolf(at)Hahn-Schickard.de

Aufgabenstellung

Leiterplattenbasierte Sensoren zeichnen sich durch eine hohe Designflexibilität aus. Hierbei ist die Leiterplatte nicht länger nur Träger von Sensorelementen und Sensoren, sondern wird selbst zum Teil des Sensorelements. Zahlreiche Beispiele wie einachsige und zweiachsige Neigungssensoren oder Drucksensoren bestehen aus aufgelöteten Elementen auf einer Leiterplatte, um kapazitive Sensoren zu realisieren. Ein Element, eine Membran, eine Kuppel oder ähnliches, wird während der Bestückung zusammen mit der kapazitiven Ausleseelektronik bestückt und anschließend dem Lötprozess zugeführt. Dabei ist es notwendig, dass die Elemente, die mit den Elektroden auf der Leiterplatte das kapazitive Sensorelement bilden, zueinander möglichst zentriert sind. Dies wird dadurch erreicht, dass eine Vorzentrierung beim Bestücken erfolgt oder eine Lötvorrichtung zum Einsatz kommt. Noch besser ist jedoch eine Selbstzentrierung des Elementes während des Lötvorgangs. Daher soll im Rahmen der Arbeit die Literatur hierzu recherchiert und experimentelle Versuche durchgeführt werden. Mit Hilfe evolutionärer Suchalgorithmen soll darüber hinaus, sofern keine Literatur hierfür bekannt ist, eine analytische Beschreibung für die Selbstzentrierung gefunden werden.

Einzeltätigkeiten

• Einarbeitung und Recherche zum Thema
• Versuchsplanung und Evaluierung von geeigneten Geometrieparametern
• Konstruktion von zylindrischen und hohlzylindrischen Testkörpern aus Kupfer und / oder Messing
• Erstellung eines geeigneten Leiterplattendesigns
• Vorbehandlung oder Oberflächenveredelung der Testkörper
• Bestimmung der Flächeninhalte und Oberflächeneigenschaften der Lötfläche wie Rauheit und/oder Benetzungswinkel
• Durchführung von Lötversuchen mit Standardlötprofil
• Messen der Exzentrizität der gelöteten Testkörper auf der Leiterplatte unter dem Mikroskop
• Durchführung einer evolutionären Suche z.B. mit Eureqa für eine analytische Beschreibung des Systems
• Dokumentation der Ergebnisse in einem Abschlussbericht

Beginn: Januar 2021

Aufgabenstellung

Hahn-Schickard entwickelt verschiedene Sensoren zur Wandlung von physikalischen Messgrößen wie Druck, Neigungswinkel, Drehwinkel, Position, Temperatur und anderen in elektrisch messbare Größen. Dazu werden mechanische, optische und elektronische Aspekte miteinander zu einem funktionierenden Gesamtsystem verbunden. Hierfür kommen als Signalwandler ADCs, CDCs und TDCs zum Einsatz.

Im Rahmen dieser Arbeit sollen bereits bei ein Hahn-Schickard im Einsatz befindliche Zeit-Digital-Wandler (TDC) und Kapazitäts-Digital-Wandler (CDC) – Elektroniken so erweitert werden, dass mit Ihnen zusätzlich auch eine Spannungsmessung ermöglicht wird.

Dazu kann ein TDC mit einem Spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) oder mit analogen Integrierern o.ä. kombiniert werden (siehe auch „single slope“ und „dual slope“ – Verfahren). Ein CDC dagegen kann mit einem Netzwerk aus Kapazitätsdioden und Kondensatoren erweitert werden. Auf diese Weise soll eine Elektronik für Multisensoren entstehen, die verschiedene elektrische Messgrößen mit nur einem Chip erfassen kann.

Zunächst soll im Rahmen der Arbeit eine Literaturrecherche zu möglichen Verfahren durchgeführt werden. Im weiteren Verlauf sollen dann besonders erfolgversprechenden Verfahren mit Hilfe einer Bewertungsmatrix ausgewählt werden. Diese werden dann in die Schaltungsentwicklung und -Simulation (Eagle bzw. LTSpice) überführt.

Nach Abschluss der Schaltungsentwicklung sollen exemplarische Schaltungen aufgebaut und in Betrieb genommen werden. Anschließend soll eine Messreihe mit Laborequipment bzw. vorhandenen TDC und CDC konzipiert und durchgeführt werden.

Einzeltätigkeiten:

1. Literaturrecherche zu hochpräzisen Verfahren der Spannungsmessung und -Wandlung
2. Auswahl von besonders erfolgversprechenden Verfahren, zur Erweiterung von TDCs und CDCs
3. Schaltungsentwicklung und –Simulation inkl. Platinenlayout
4. Aufbau und Inbetriebnahme der Schaltungen
5. Messtechnische Verifizierung der Simulationsergebnisse mit Laborgeräten

Ihr Ansprechpartner bei Hahn-Schickard:

Me.EE Volker Kible
Allmandring 9 b
70569 Stuttgart
Tel.: 0711 685-84786
E-Mail: Volker.Kible(at)Hahn-Schickard.de

Beginn: Ab sofort

Aufgabenstellung

Hahn-Schickard befasst sich mit der Entwicklung von Sensoren und Bauteilen sowie den Fertigungsprozessen zum Aufbau dieser Mikrosysteme. Zu diesen Fertigungsprozessen gehört die Mikromontage, also das Fügen von Teilen unter Einhaltung von Toleranzen im Mikrometerbereich. Hierfür besitzt Hahn-Schickard mehrere hochmoderne Anlagensysteme, welche über den Ein- und Ausbau einer Vielzahl von Modulen wandlungsfähig gestaltet sind.

Oft werden Produkte zunächst geplant und konstruiert, bevor die Machbarkeit einer Fertigung mit einer wandlungsfähigen Anlage überprüft wird. Dadurch sind häufig größere Um- und Neuplanungen sowohl am eigentlichen Produkt, als auch an den verwendeten Modulen notwendig. Um dies zu verhindern, hat Hahn-Schickard ein webbasiertes Tool entwickelt, welches Produktentwickler bereits in der konzeptionellen Planungsphase unterstützen soll. Der Designer bekommt hier für sein Produktmodell ein instantanes Feedback, wie eine zugehörige Anlagenkonfiguration aussehen könnte.

Im Rahmen der ausgeschriebenen Abschlussarbeit soll dieses Feedback weiter verbessert werden. Momentan bekommt der Nutzer lediglich eine zufällige Auswahl möglicher Konfigurationen genannt. Um dies zu ändern, sollen eigene Bewertungskriterien für ein Ranking der Anlagenkonfigurationen entwickelt und in die existierende Software integriert werden. Hierfür sollen unter anderem KI-Methoden evaluiert werden.

Anforderungen

• Erfahrung in der Entwicklung/Programmierung von Software
• Kenntnisse in den Bereichen Web-Entwicklung, Python und Maschinelles Lernen sind ein Plus

Einzeltätigkeiten

• Einarbeitung in die Thematik und das existierende Softwareframework
• Erarbeitung eigener Bewertungskriterien für das Ranking von Maschinenkonfigurationen
• Sammeln und Einpflegen notwendiger Daten für die Bewertung
• Entwurf und Implementierung einer eigenen Bewertungsfunktion auf Basis der Bewertungskriterien, ggf. unter Einbeziehung von KI-Methoden
• Test und Evaluierung der implementierten Bewertungsfunktion
• Dokumentation der durchgeführten Arbeitsschritte und Anfertigung einer Abschlussarbeit sowie Abschlusspräsentation

Beginn: ab sofort

Aufgabenstellung

Mikrostrukturierungsprozesse sind auf Grund ihrer hohen Auflösung oftmals extrem zeitintensive Prozesse. Um die Integration von Mikrostrukturen an der Oberfläche von spritzgegossenen Kunststoffbauteilen zu ermöglichen, ist es daher nötig die Mikrostrukturen direkt in das Spritzgusswerkzeug zu integrieren und während des Spritzgussprozesses in das Bauteil zu übertragen.

Zur Integration der Mikrostrukturen werden diese galvanisch in Nickel abgeformt. Die sogenannten Nickel-Shims werden im Anschluss in das Werkzeug integriert. Für die Durchführung von Vorversuchen und experimentellen Aufgabenstellungen wurde eine Kleingalvanik-Einheit im Becherglas angeschafft. Diese soll im Laufe der Arbeit aufgebaut und erfolgreich in Betrieb genommen werden, um in kleineren Chargen Versuche zu ermöglichen. Parallel zur Inbetriebnahme der Anlage soll ein einfaches Pumpenkonzept erstellt werden, welches ein Konzept zur Anströmung der Proben beinhaltet. Sind die Konzepte erstellt, können diese mit Methoden der mechanischen und additiven Fertigung umgesetzt werden.

Einzeltätigkeiten

• Inbetriebnahme der Kleingalvanik
• Erarbeiten eines einfachen Pump- und Anströmkonzepts im Becherglas
• Konstruktion der benötigten Bauteile für die additive Fertigung
• Begleiten des Fertigungsprozesses
• Montage der gefertigten Lösung
• Erste Beschichtungsversuche

Fachliche Qualifikation

• Erste Erfahrungen im Umgang mit Chemikalien wünschenswert
• Erste Erfahrungen im Umgang mit Konstruktionssoftware (Creo) wünschenswert

Ihr Ansprechpartner bei Hahn-Schickard:

M. Sc. Stefan Wagner
Allmandring 9 b
70569 Stuttgart
Tel.: 0711 685-81131
E-Mail: Stefan.Wagner(at)Hahn-Schickard.de

Aufgabenstellung

Digitale Druckverfahren wie Inkjet und Aerosol Jet erfahren stetig wachsende Bedeutung bei der Funktionalisierung von Oberflächen im Bereich der Mikrosystemtechnik beispielsweise zur Herstellung von Leiter-bahnstrukturen.

Der Druck von Leiterbahnen erfordert eine optimale Benetzung der Tinte auf dem Substrat, um eine ausreichende Haftfestigkeit und Konturschärfe der gedruckten Strukturen zu erlangen. Das Benetzungsverhalten unterscheidet sich jedoch abhängig vom Substrat und dessen Oberflächeneigenschaften. Zur Beeinflussung der Benetzung wird z.B. eine Plasmavorbehandlung bei unpolaren Werkstoffen wie Kunststoffen verwendet. Ist jedoch eine hydrophobe Oberfläche gewünscht, so eignen sich chemische Vorbehandlungsmethoden.

In dieser Arbeit sollen diverse Methoden der Oberflächenhydrophobierung recherchiert, getestet und charakterisiert werden. Die Charakterisierung der gedruckten Strukturen erfolgt durch eine zu implementierende optische Auswertung mittels Bildverarbeitung.

Ziel der Arbeit ist es, eine Substratvorbehandlung zur Hydrophobierung zu etablieren und die durch die Einführung einer optischen Analysemethode den Gesamtprozess zu verbessern.

Einzeltätigkeiten

• Grundlagenrecherche zur Oberflä-chenhydrophobierung von Substraten
• Einarbeitung in die optische Bildauswertung
• Durchführung von Versuchen zur Behandlung der Substratoberfläche
• Implementierung einer Bildverarbeitung zur Charakterisierung der Benetzung
• Entwicklung einer Methode zur Systematisierung des Vorbereitungs-prozesses

Ihr Ansprechpartner bei Hahn-Schickard:

Tim Horter
Allmandring 9 b
70569 Stuttgart
Tel.: 0711 685-82993
E-Mail: Tim.horter(at)hahn-schickard.de

Beginn ab sofort

Durch unsere enge Kooperation mit Hahn-Schickard vermitteln wir auch weitere Studentische Arbeiten an die Standorte Hahn-Schickard Villingen-Schwenningen und Hahn-Schickard Freiburg. Die Angebote finden Sie auf der Homepage von Hahn-Schickard im Bereich Jobs und Karriere.