Dehnbare Aufbau und Verbindungstechnik: Herstellung, Bestückung, Fundamentale Untersuchungen und Anwendungen

• Antragsteller: Professor Dr. Matthias Hein; Professor Dr. Heiko Jacobs, seit 5/2021
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme ; Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 407407910

HINTERGRUND: Dieser Antrag zwischen Elektroniktechnologie und Materialwissenschaften beschreibt Forschung, um eine dehnbare und umformbare Aufbau- und Verbindungstechnik zu realisieren. Das Ziel ist die Entwicklung von elektronischen Systemen, die durch Verformung neue komplexere 3D Strukturen annehmen. Im Unterschied zu rein monolithischen Ansätzen wird ein heterogener, bestückungsbasierter Ansatz verfolgt. Dieser soll neben neuartigen und mikroskopisch kleinen, auch bestehende und etablierte Baugruppen berücksichtigen. Diese Einbeziehung unterstützt die Vision, dass nahezu alle bekannten, auf Leiterplatten basierenden Systeme, zukünftig neue geometrische Formen annehmen kann.-VORLÄUFIGE ERGEBNISSE: Der Bezugspunkt beruht auf (i) Vorarbeiten, in denen gelernt wurde, Chip-große funktionale Baugruppensegmente zu prozessieren und herzustellen, sowie (ii) auf einer Pionierarbeit zu einer neuartigen Aufbau- und Verbindungstechnologie, welche auf der fluidischen Selbstanordnung und Transferierung basiert. Erste Anwendung beinhalten (iii) dehnbare und aufblasbare Leuchtstrukturen, (iv) eine Mikrofonmatrix und (v) ein sphärisches Touchpad mit bisher eingeschränkter Funktionalität. Diese Ergebnisse haben gezeigt, dass es nicht an Anwendungen fehlt, sondern dass die auftretenden Fehlermodi unzureichend verstanden wurden und dass es Probleme bei der Reproduzierbarkeit, sowie der Skalierbarkeit gibt.-LANGFRISTIGES ZIEL: Daraus ergibt sich für das Projekt das längerfristige Ziel, welches sich unter der Überschrift "Dehnbare Aufbau und Verbindungstechnik: Herstellung, Bestückung, Fundamentale Untersuchungen und Anwendungen" zusammenfassen lässt. Die bisher publizierten Arbeiten und Strukturen sind meist (i) nur einlagig metallisiert, (ii) kleinflächig (< 10cm²) und (iii) umfassen nur eine beschränkte Anzahl an elektronischen Verbindungen (< 20). -ZIEL 1 besteht darin, eine geeignete Prozesskette zu erarbeiten, welche die Herstellung und Untersuchung von bisher einlagigen auf mehrlagige und durchkontaktierte, metallische Verbindungsebenen ausdehnt. Dabei sollen neben den rein mechanischen, auch elektrische und HF Eigenschaften untersucht werden. -ZIEL 2 beschäftigt sich mit der Herausforderung der Bestückung mit aktiven Bauelementen. Es werden potentielle Lösungen vorgestellt, bei denen neben konventionellen Baugruppen auch mikroskopisch kleine Einheiten verbaut werden können. Zudem sollen erstmalig Baugruppen-größenabhängige Designs, Skalierungsgesetze und Fehlermodi, welche bei Umformung entstehen, erarbeitet werden.-ZIEL 3 beschäftigt sich mit der Untersuchung von Fehlermodi auf Systemebene. Es wurden mehrere kritische Regionen identifiziert. Mit Hilfe von Computermodellen müssen die Fehlermodi und ein tieferes Verständnis abgeleitet werden. -ZIEL 4 soll die gewonnenen Erkenntnisse anwenden. Demonstrationen mit steigender Komplexität werden vorgestellt; eine metamorphe Patch-Antenne, ein sphärisches Touchpad, sowie eine aktive LED-Matrix.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Dr.-Ing. Thomas Stauden, bis 5/2021