Kombination der experimentellen und numerischen Simulation zur Entwicklung dreidimensionaler Elektronik

Immer mehr Produkte des alltäglichen Lebens besitzen elektronische Funktionalitäten durch Beleuchtungselemente, Speicher und Displays. Aufgrund der Positionierung im Massenmarkt werden häufig zweidimensionale Leiterplatten verwendet, die schnell und effektiv bestückt werden können. In der Folge ist die Freiheit der Formgebung allerdings stark eingeschränkt. Ein vielversprechender Ansatz ist die Umsetzung dreidimensionaler Elektronik. Eine bekannte Alternative sind 3D-MIDs (3D Molded Interconnect Divices). Bei den klassischen MID-Herstellungsverfahren werden spritzgegossene dreidimensionale Formteile hergestellt (Franke 2013). Anschließend erfolgt die Bedruckung von Leiterbahnen und bspw. die Bestückung von einfachen SMD-Bauteilen (Surface-Mounted Device). Die so entstehende dreidimensionale Elektronik ermöglicht die Umsetzung neuer Funktionen z.B. in der Sensorik oder Aktorik bei gleichzeitig reduziertem Gewicht (Orlob et al. 2009). Damit sind sie insbesondere für den Leichtbau in der Automobil- und Luftfahrtindustrie geeignet. Die Entwicklung entsprechender Fertigungsverfahren, -technologien und -linien ist derzeit der Fokus zahlreicher Forschungen. Da diese Verfahren technisch aufwendig und teilweise nicht vollständig automatisiert sind (Schierbaum 2017), bleibt die Hauptherausforderung einer breiten Anwendung weiterhin bestehen. Konventionell hergestellte dreidimensionale Elektronik ist aufgrund der hohen Kosten sowie der geringen Produktionsgeschwindigkeit nicht massenproduktionstauglich, was insbesondere in der Elektronikbranche eine grundlegende Voraussetzung darstellt. Ein breiter Einsatz ist damit eingeschränkt. Einen neuen Ansatz bietet das Thema Conformable Electronics. Im Gegensatz zu dem 3D-MID-Verfahren wird die Bedruckung und Bestückung konventionell im planaren Zustand durchgeführt. Erst in einem letzten Schritt erfolgt die Formgebung. Auf diesem Weg soll eine kostengünstige Herstellung von dreidimensionaler Elektronik ermöglicht werden. Im Folgenden wird die Vision eines Produktionsprozesses von dreidimensionaler Elektronik in großen Stückzahlen mit dem Fokus auf die Formgebung vorgestellt. Im Anschluss wird die Methode zur Entwicklung von Designs und der damit verbundenen Auswahl von Materialien erläutert. Eine große Bedeutung hat die Kombination der experimentellen und numerischen Simulation inne. Abschließend wird beispielhaft dargestellt, wie zukünftig eine Auslegung von Conformable Electronics erfolgen kann. [... aus der Einleitung