Integrationstechnologien für autonome Sensorsysteme: Druck-und Einbetttechnologien für das Internet der Dinge und Dienste Laura Liedtke Freiburg,

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1 Integrationstechnologien für autonome Sensorsysteme: Druck-und Einbetttechnologien für das Internet der Dinge und Dienste Laura Liedtke Freiburg,

2 Motivation Internet of Things and Services (IoTS) 3 rd wave Consumer Electronics 2 nd wave Automotive 1 st wave Quelle: Robert Bosch GmbH

3 Motivation Quelle: Robert Bosch GmbH

4 Projekt ITAS ITAS Integrationstechnologien für autonome Sensorsysteme Technischen Ziele Technologieplattform für autonome Sensorsysteme Miniaturisiert Funktionalisierung von AVT-Oberflächen und -Volumina Kleinbauende Integration von Mediensensorik PCB-Embedding von Komponenten Energieeffizient Energy-Harvesting durch Thermoelektrische Generatoren Low Power Wireless Communication Eventgesteuerter Energiebedarf Intelligente Datenvorverarbeitung und reduktion SmartHome & Industrie 4.0 ITAS Evaluation Board Sensor Portfolio Bosch Sensortec Laufzeit: 10/2012 6/2015

5 ITAS Szenarien Home Monitoring System Industry Monitoring System vs.

6 ITAS Demonstrator Miniaturisierung durch Funktionsintegration Druck- und Einbetttechnologien für das Internet der Dinge und Dienste

7 Herstellungsverfahren Film Assisted Molding(FAM) - Prozessablauf und Funktionsprinzip 1. Folie fördern und ansaugen 2. Werkzeug bestücken und schließen 3. Kunststoff aufschmelzen + Füllvorgang 4. Aushärten des Kunststoffs 5. Werkzeug öffnen + Package auswerfen

8 Herstellungsverfahren Inkjet Technologie Berührungsloses Verfahren ohne Masken Drop-on-Demand (DoD) Auflösung: bis zu 40 μm lines/spaces Druck mit 128 Düsen und 30 pl Kanten- und Markeralignment Bedrucken von 2D und 3D Bauteilen Druckbare Werkstoffe Leitfähige Tinten (z.b. nanopartikuläre Ag-Tinte) Widerstandstinten Dielektrikas Isolatoren Hotmelt Schmid DoD300

9 Einbetttechnologien - Federdurchkontakte 3 verschiedene Federkontakttypen Anforderungen: SMD fähig, Au-Drahtbondbar und Stabilität bei Stauchung im Transfer-Moldprozess AVT der Federkontakte auf der Leiterplatte 6 x NCA mit elektrischer Kontaktierung über Au-Drahtbond, 6 x ICA und 6 x Lot (a) (b) (c) (a) Gebondete Federkontakte auf Leiterplatte, (b) Platine für Federtyp 22B mit angedeuteter Inkjetmetallisierung sowie (c) gemoldete Platine

10 Einbetttechnologien - Federdurchkontakte Selektion einer geeigneten Bond-Art Untersuchungen zur Stauchbarkeit Evaluierung der freigestellten Pad-Oberfläche Kontaktierung mittels Inkjet-Druck Daisy-Chain Inkjetgedruckte Leiterbahn EMC EMC-freie Oberfläche Moldflash EMC Meniskus NCA Meniskus Meniskus ICA Lot (a) Kontakt- Pad (b) (a) Inkjetbedrucktes Gutteil sowie (b) Kontaktierungsprobleme durch Moldflash und Abschattung Stark gestauchter Federkontakt

11 Druck- und Einbetttechnologien FAM-Duko Variation der Domhöhe zur Untersuchung der Pad-Freistellung Variation des Flankenwinkels (α,β) 45 und 60 Flankenwinkel Lunkerfreie sowie strukturgetreue Abformung der Dome Einspannung der Folie und Dom- Dichte von zentraler Bedeutung (a) (b) r α l b β d s h h: Höhe des gemoldeten Via b: Breite der Dichtfläche d: Dichtspalt Werkzeug - Leiterplatte s: Foliendicke r: Radien im Werkzeug l: Durchmesser Viaoberseite α,ß: Flankenwinkel (a) Werkzeugeinsatz FAM, (b) Skizze zur Viageometrie

12 Druck- und Einbetttechnologien FAM-Duko Inkjet-Druck über die Moldflankezum Kontaktpadder Leiterplatte umgesetzt Beide Flankenwinkel per Inkjet metallisierbar (Strukturausrichtung zur Druckrichtung sinnvoll) Zuverlässigkeitsbewertung anhand Daisychain in 05/ mm (a) (b) (a) Inkjetbedruckte gemoldete Platine und (b) gedruckte Leiterbahn über eine Höhendifferenz von 2 mm und 60 Flankenwinkel Inkjetmetallisierung

13 Drucktechnologien RFID auf Moldmasse R = 60Ω In Druckrichtung Quer zur Druckrichtung Coffee stain effect

14 Drucktechnologien RFID auf Moldmasse Simulierte Antennen-Performance Resonantes Antennenverhalten, ca. 90 % Leistung als Abstrahlung Resonanz bei 2,54 GHz mit hoher Bandbreite

15 Zusammenfassung / Ausblick Einbetttechnologien Federdurchkontakte Erste Untersuchungen der Federtypen hinsichtlich Einbetten mittels FAM und gedruckter Inkjet-Kontaktierung vielversprechend Evaluierung eines geeigneten Federtyps i. A. Zuverlässigkeitsbewertung der gewählten Bond-Art und der Daisychainin 05/2014 Druck- und Einbetttechnologien FAM-Doku Herstellung von Moldfenstern als Medienzugang mittels FAM und Kontaktierung über Inkjetdruck ebenfalls vielversprechend Beide Flankenwinkel per Inkjet metallisierbar Zuverlässigkeitsbewertung anhand Daisychain in 05/2014 Drucktechnologien RFID auf Moldmasse Performance und Zuverlässigkeitstests in 05/2014 Optimierung hinsichtlich Druckprozess

16 Kontaktdaten Laura Liedtke HSG-IMAT Drucktechnik Printing Technologies Allmandring 9b Stuttgart Fon: Fax: Web: Ricardo Ehrenpfordt Robert Bosch GmbH Corporate Research Microsystem Technologies Robert-Bosch-Platz Gerlingen-Schillerhöhe Fon: Fax: Web:

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