3D-MID Komponente in einem Radarsensor zur adaptiven Geschwindigkeitsregelung

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1 3D-MID Komponente in einem Radarsensor zur adaptiven Geschwindigkeitsregelung HARTING Mitronics Christian Goth, Frank Wittwer, Michael Grätz, Uwe Rudy Fachtagung Sensoren im Automobil 2014 München Radarsensor zur adaptiven Geschwindigkeitsregelung Dr. Christian Goth HARTING Mitronics 1/18

2 Gliederung HARTING AG in Biel 3D-MID Technologie Radarsensor zur adaptiven Geschwindigkeitsregelung Einsatzzweck und Funktion des Radarsensors Warum wurde eine MID-Lösung umgesetzt? Aufgaben des MID-Teils Fertigungstechnische Aspekte Projektrealisierung Zusammenfassung und Ausblick Radarsensor zur adaptiven Geschwindigkeitsregelung Dr. Christian Goth HARTING Mitronics 2/18

3 Laserdirektstrukturierung und Zweikomponentenspritzguss Spritzgussmaterial mit Additiven Laserstrukturierung Spritzgussmaterial ohne Additiv Metallisierung mit chemisch Kupfer Metallisierung mit chemisch Nickel Metallisierung mit chemisch Gold Spritzgussmaterial mit Additiv chemische Aktivierung Metallisierung und Bestückung wie LDS- Prozess Bestückung mit elektronischen Bauteilen Radarsensor zur adaptiven Geschwindigkeitsregelung Dr. Christian Goth HARTING Mitronics 3/18

4 Aufbau- und Verbindungstechnik Löten oder Leitkleben auf MID Drahtbonden auf 2K-MID & LDS Flip-Chip Montage, z.b. mit nicht leitendem Klebstoff (NCA) Radarsensor zur adaptiven Geschwindigkeitsregelung Dr. Christian Goth HARTING Mitronics 4/18

5 Prozessschritte zur Serienfertigung von MID Entwicklung Werkzeugbau Spritzguss Laserstrukturierung Endkontrolle Bestückung Metallisierung Reinigung Radarsensor zur adaptiven Geschwindigkeitsregelung Dr. Christian Goth HARTING Mitronics 5/18

6 Vorteile der 3D-MID Technologie 3D-Package ermöglicht Miniaturisierte Gesamtsysteme Hohe Gestaltungsfreiheit Reduzierte Anzahl an Montageschritten Reduzierte Anzahl an Schnittstellen 3D Features werden integriert im Prozess erzeugt keine zusätzlichen Fertigungsschritte keine zusätzlichen Kosten Leiterbahnen können für zahlreiche elektrische Funktionen genutzt werden Laserstrukturierung ermöglicht hohe Design-Flexibilität Radarsensor zur adaptiven Geschwindigkeitsregelung Dr. Christian Goth HARTING Mitronics 6/18

7 Features dreidimensionaler Packages Definierter Winkel zwischen den Komponenten Montage der Komponenten Integration von Steckern Vertikale Umverdrahtung zwischen Komponenten Gehäustes Package Radarsensor zur adaptiven Geschwindigkeitsregelung Dr. Christian Goth HARTING Mitronics 7/18

8 Leiterbahnen können für zahlreiche elektrische Funktionen genutzt werden Antennen Kapazitive Strukturen Schirmung Kontaktflächen Source: FAPS Schaltflächen Radarsensor zur adaptiven Geschwindigkeitsregelung Dr. Christian Goth HARTING Mitronics 8/18

9 Unsere MID Serienanwendungen in den HARTING Mitronics Zielmärkten Automobil Medinzintechnik Sensorik Industrie Weitere Radarsensor zur adaptiven Geschwindigkeitsregelung Dr. Christian Goth HARTING Mitronics 9/18

10 Adaptive Geschwindigkeitsregelung mit einem Adaptive Cruise Control System Geschwindigkeitsregelsysteme unterstützen mit gleichbleibender Geschwindigkeit Standard in USA, in Europa ca. 30 % aller Fahrzeuge Zunehmend Erweiterung zur automatische Abstandsregelung Verkehrsdichte erfordert das Einbeziehen von Informationen der Fahrzeugumgebung Sicherheitsabstand wird nicht unterschritten (aktiver Bremsvorgang und Beschleunigung) Regelung der Geschwindigkeit über die Entfernungsmessung zu anderen Objekten Bild: Continental Bild: Continental Radarsensor zur adaptiven Geschwindigkeitsregelung Dr. Christian Goth HARTING Mitronics 10/18

11 Funktion des Radarsystems ARS300 Entfernungsmessung mittels Radar: radio detection and ranging Elektromagnetische Wellen (Primärsignal) werden an Objekten reflektiert und als Sekundärsignal empfangen. Berechnung der Relativgeschwindigkeit mittels Doppler-Effekt aus der gemessenen Frequenzänderung zwischen gesendetem und reflektiertem Signal. Breiter Erfassungswinkel und hohe Auflösung keine Fehlinformation Fernbereich: 0.25 bis 200 m Nahbereich: 0.25 bis 60 m Strahlaufweitung: ± 8.5 bzw. ± ~ 60 m ~ 60 m nah ~ 200 m fern Radarsensor zur adaptiven Geschwindigkeitsregelung Dr. Christian Goth HARTING Mitronics 11/18

12 Warum wird eine MID-Komponente eingesetzt? Durch die MID-Technik kann die Baugröße des Sensors reduziert werden. Die MID-Lösung garantiert eine höhere Präzision der Bauelementanordnung (z. B. Hall-Sensoren, Lichtschranke). Das MID-Teil ermöglicht eine genaue mechanische Fixierung der Achse. Die elektrische Verdrahtung kann durch den Einsatz der MID-Technik vereinfacht werden Radarsensor zur adaptiven Geschwindigkeitsregelung Dr. Christian Goth HARTING Mitronics 12/18

13 Aufgaben des MID-Teils integriert Lötpads für die Versorgungsleitungen der Motorwicklungen. Träger für drei Hallsensoren, einen Optokoppler und verschiedene SMD- Komponenten. integriert einen Steckverbinder zur Signalübertragung. gewährleistet die präzise Kommutierung der Motoreinheit. Wichtig für die Qualität des Radarsignals, das über die Rotation einer metallischen Trommel ausgeformt wird. Trommel mit einer definierten Struktur an der Oberfläche, in Abhängigkeit der Positionierung erfolgt die Ablenkung des Radarstrahls im Nah- und Fernbereich Radarsensor zur adaptiven Geschwindigkeitsregelung Dr. Christian Goth HARTING Mitronics 13/18

14 Fertigungstechnische Aspekte Spritzgussbauteil aus dem Werkstoff LCP Strukturierung mittels LPKF-LDS-Technologie Metallisierung: außenstromlos, MID typischer Schichtaufbau Cu-Ni-Au Montage der Bauelemente auf einer speziell angepassten Montagelinie, Pick&Place Zur Vermeidung der Migration des Lotes: Lötstopp an kritischen Stellen Verbindungstechnik: Dampfphasenlöten Radarsensor zur adaptiven Geschwindigkeitsregelung Dr. Christian Goth HARTING Mitronics 14/18

15 Fertigungsbegleitende Qualitätssicherung Ziel: Vermeiden von fertigungsbedingte Frühausfällen Automatische optische Inspektion Nach der Metallisierung: Inspektion auf Leiterbahndefekte wie z.b. Unterbrechungen, Brücken, Risse, Delamination sowie Fremdabscheidungen. Nach der Bestückung: Inspektion auf fehlende Bauelemente, Tombestone, kalte Lötstellen etc. Test nach der Bestückung entspricht den Standards gemäß IPC650 der Leiterplattenindustrie. Abschließend erfolgt ein Test der Funktionsfähigkeit und Signalintegrität Radarsensor zur adaptiven Geschwindigkeitsregelung Dr. Christian Goth HARTING Mitronics 15/18

16 Zuverlässigkeit und Lebensdaueruntersuchungen Ziel: Vermeiden von Verschleißausfällen Entwicklungsbegleitend Qualifizierungen als Nachweis der Langzeitzuverlässigkeit Aufgrund der CTE-Unterschiede und der Anisotropie der thermoplastischen Substrate sind insbesondere thermische Wechselbelastungen kritisch Thermomech. Spannungen zwischen Schaltungsträger, Verbindungsstelle und Bauelement Temperaturschocktest -70 C/+150 C nach IEC aktuell insgesamt 80 Baugruppen mit je 9 Leiterbahnen (720 Prüfobjekte) erstmalig nach Zyklen zwei defekt Bauteile, nach Zyklen vier defekte Leiterbahnen Radarsensor zur adaptiven Geschwindigkeitsregelung Dr. Christian Goth HARTING Mitronics 16/18

17 Zusammenfassung und Ausblick MID bildet die Brücke zwischen verfügbaren Technologien für miniaturisierte mechatronische Systeme und einer Vielzahl an Applikationen, vor allem in den Bereichen Automotive Sensor-Packaging und Sensor-Module Die MID Komponente im Radarsensor demonstriert die Stärken der Technologie 3D-MID hinsichtlich Optimierung Gesamtsystem durch Miniaturisierung Hohe Integrationsdichte Präzise Anordnung der Bauelemente in 3D HARTING Mitronics besitzt umfassende Kompetenz entlang der gesamten Wertschöpfungskette und begleitet die Produktentwicklung von der ersten Idee über das Prototyping bis zur Produktion und Qualifikation bietet beherrschte MID Prozesse mit abgestimmten Verbindungstechnologien Radarsensor zur adaptiven Geschwindigkeitsregelung Dr. Christian Goth HARTING Mitronics 17/18

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