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12 Elektronik 09 2020 GMM-News Sowohl im Hinblick auf das resultierende Widerstandverhalten bei Zugbeanspruchung als auch bei den korrespondierenden Spannungsverläufen konnten bei eckigen Strukturen die besten Ergebnisse zur positiven Beeinflussung der Spannungs-Dehnungs-Charakteristik erzielt werden Von Interesse sind bei der Gegenüberstellung spezifischer Parameter die beiden Werte der initialen Fließspannung sowie der Fließspannung die den Übergangsbereich im Spannungs-Dehnungs-Diagramm zwischen elastischer und plastischer Verformung abbilden Elastische Verformung kann mit dem Hookeschen Gesetz beschrieben werden Im Gegensatz dazu resultiert plastische Verformung bei Erreichen eines Spannungsgrenzwertes in einem Funktionsverlust der Leiterbahnen bzw deren Durchtrennung Um diesem Umstand zu begegnen wurden in die Ecksegmente der eckigen Leiterbahnstrukturen entsprechende Radien in den Größenordnungen zwischen 60 µm und 200 µm implementiert um auftretende Spannungsspitzen zu reduzieren FEM-Simulationen zeigen bereits bei Dehnungen von 1 % und 5 % eine signifikante Reduzierung der Spannungs-Maxima in den Cu-Strukturen ÜBERFÜHRUNG IN DIE 3 DIMENSION Anhand dieser Ergebnisse konnten entsprechende Empfehlungen zur Auslegung von Leiterbahngeometrien für den Einsatz in dehnbaren bzw freiformbaren Schaltungsträgern abgeleitet werden Dies erlaubt im Folgeschritt die Überführung der Schaltungsträger in die 3 Dimension durch den Prozess des Thermoformings was mit ausgeprägten Verformungsgraden einhergeht Als Alternative zu konventionellen Cu-Strukturen wurde deshalb die Applikation funktionaler Schichten mittels dehnbarer Silbertinten berücksichtigt was perspektivisch gesehen die Bandbreite an Anwendungen insbesondere in der Medizintechnik deutlich erweitern soll Best Paper Funksensorknoten in Leiterplatte Das Projekt entstand im Rahmen des BMBF-Projektes PCB4 0 mit dem Ziel IoT-Konzepte in der Leiterplattenfertigung zu implementieren Ein Ansatz dazu ist ein in die Leiterplatte integrierter Funksensorknoten Er registriert während der Herstellung der Leiterplatte Prozessparameter und sendet sie an eine Daten-Cloud zur Analyse Die Daten können z Bzur Prozessoptimierung zur Produktnachverfolgung oder zur statistischen Prozesskontrolle verwendet werden Der integrierbare Sensorknoten wurde mittels Leiterplatten-Embedding-Technologie aufgebaut Gefordert waren dabei Abmessungen von 10 mm × 11 mm × 1 6 mm eine integrierte und austauschbare Batterie ein Sensor mit Medienöffnung und eine Bluetooth-Antenne 2 4 GHz Der Sensor ist in Bild 3 im Größenvergleich und in der CT-Aufnahme gezeigt Antenne Batterie und Sensoren Im Modulaufbau wurde eine Helixantenne -3 2 dBi Gain realisiert die über ein Anpassnetzwerk an den Transceiver angeschlossen ist Im Gegensatz zum typischen Aufbau von Helixantennen liegt hier die Achse nicht parallel zur Flächennormalen sondern in der Ebene des Moduls Für die geforderte Betriebsdauer des Moduls reicht eine Knopfzelle ≥1 mAh aus Für sie wird eine Kavität in die Leiterplattenoberfläche eingebracht Die Tiefenfräsung auf die Kupferkontaktfläche der Innenlage der Leiterplatte muss sehr präzise erfolgen damit die Batterie einen stabilen Halt und Kontakt hat Eine Durchgangsbohrung zur Rückseite ermöglichte das mechanische Herausschieben aus der Vertiefung Der Pluspol der Batterieaufnahme ist die metallisierte Zylinderwandung Minuspol ist die Basis des gefrästen Zylinders Die Batterieanschlüsse in der Vertiefung werden nach der galvanischen Verkupferung der Ausfräsung mittels UV-Laser elektrisch voneinander getrennt indem ein Kreis in den Boden der Vertiefung geschnitten wird Die Integration von Sensoren die einen Medienzugang zu Umweltparametern Luftdruck Luftfeuchte benötigen erfolgte ebenfalls in eine offene Vertiefung Im Fall der Sensoren allerdings mit Kontaktflächen zum Anlöten des Sensors auf der Basisfläche der Vertiefung Komponenten-Embedding Bei der Einbettung werden montierte Komponenten in die Aufbaulage der Leiterplatte laminiert und dabei in der Glasfaser-Epoxid-Matrix des Aufbaus verkapselt Wichtig dabei ist ein ausreichender Harzgehalt und das Fließverhalten des Epoxids während des Laminierprozesses sowie die Haftung zwischen Harz und Komponentenoberflächen Hierzu wurden umfangreiche Studien durchgeführt und Prozessregeln für das Embedding erarbeitet Zu letzteren zählt u a die vollständige Entfernung von Flussmittelresten sowie die Aufrauhung und Reinigung von metallischen Komponentengehäusen Aufbau des Funksensorknotens Zunächst wird eine 4-lagige HDI-Leiterplatte als Substrat hergestellt 100 µm FR4 und 80 µm Aufbaulagen Die Kupferlagen dieses Kerns sind über Mikrovias Durchmesser 80 µm miteinander verbunden Die Embedded-Bauteile werden konventionell auf dieses Substrat gelötet Nach dem Laminieren werden Sacklöcher und Durchbohrungen eingebracht sowie die Batteriekavität gefräst und der Aufbau galvanisch verkupfert Die Außenlagen werden fotolithografisch strukturiert und die Batteriekontakte getrennt Anschließend wird die Vertiefung gefräst und dabei Kontaktflächen für den Sensor freigelegt Nach dem Aufbringen und Strukturieren von Lötstopplack werden die offenen Kupferflächen mit einem Nickel-Gold Finish versehen die Sensoren montiert und das Modul schließlich aus dem Nutzen gefräst MHA Von Prof Mathias Nowottnick