Lebensdauer-Modelle für gedruckte 3D-HF-Strukturen

• Antragstellerin: Dr. Sina Martin
• Fachliche Zuordnung: Kommunikationstechnik und -netze, Hochfrequenztechnik und photonische Systeme, Signalverarbeitung und maschinelles Lernen für die Informationstechnik ; Produktionssystematik, Betriebswissenschaften, Qualitätsmanagement und Fabrikplanung
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 528402728

Zur Sicherstellung der Funktionalität über eine möglichst lange Lebensdauer einer MID-Baugruppe ist die Zuverlässigkeitsanalyse von großer Bedeutung. Optische Prüfmethoden ermöglichen dabei eine berührungslose und zerstörungsfreie Messwerterfassung und können bei MID-Bauteilen insbesondere den Verzug des Schaltungsträgers nach einem thermischen Prozess, die Rauheit von Funktionsflächen und der Metallisierung sowie Beschädigungen der Leiterbahnen erfassen. Mögliche optische Verfahren sind insbesondere die Röntgenanalyse und die Computertomographie sowie verschiedene mikroskopische Verfahren wie die Rasterelektronenmikroskopie (REM). Des Weiteren dienen zerstörende Prüfverfahren zur Bestimmung der Haftfestigkeit der metallischen Strukturen. Die im Verbundprojekt untersuchten Elektrodenstrukturen weisen deutliche strukturelle Unterschiede zu konventionellen Leiterbahnen auf. Für die gedruckten und gesinterten Tinten auf Basis von mikro- und nanometergroßen Partikeln und Drähten müssen die Prüfmethoden angepasst werden, da diese zudem sehr spröde und dünn sind. Daher müssen fundierte Kriterien für die erforderlichen Haftfestigkeiten erarbeitet und geeignete Verfahren zur HF-Charakterisierung der gedruckten Leiterstrukturen konzipiert, abgebildet und unter Alterungsbedingungen analysiert werden. Ziel des Teilprojektes ist die Analyse der Lebensdauer gedruckter 3D-HF-Bauelemente unter spezifischen Belastungskollektiven, um die Zuverlässigkeit elektrisch funktionalisierter Materialkombinationen prognostizieren und optimieren zu können. Dazu werden sowohl an die neuartigen 3D-HF-Bauteile angepasste Zuverlässigkeitsmodelle konzipiert als auch geeignete Funktions- und Langzeittests zu deren Evaluierung entwickelt und durchgeführt. Im Teilprojekt soll daher die Forschungsthese überprüft werden, dass die Lebensdauer von gedruckten 3D-HF-Bauteilen durch eine geschickte Kombination von sowohl physikalischen als auch simulativen Haftfestigkeitsuntersuchungen und HF-Funktionstests sowie geeigneten statistischen Lebensdauermodellierungen vorhergesagt werden kann. Dazu sollen die Ergebnisse der vorangegangenen Teilprojekte zur Material-, Prozess- und Modellierungs-/Simulationsforschung integriert werden, um die Einflussgrößen der gesamten Prozesskette auf die Zuverlässigkeit in einem virtuellen Modell abzubilden. Dabei sollen sowohl die Haftfestigkeit als auch die HF-Eigenschaften (frequenzabhängiges Transmissions- und Reflexionsverhalten) als Funktion des dielektrischen Materials und seiner Rauheit, der Tintenzusammensetzung und Perkolationsdichte, der Bauteilabmessungen, des Sinterprofils sowie der 3D-Substratgeometrie angenommen werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5727: 3D-Funktionalisierung für Hochfrequenz-Anwendungen (3D-HF-MID)
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Jörg Ernst Franke