Qualität und Zuverlässigkeit laserdirektstrukturierter mechatronisch integrierter Baugruppen (LDS-MID) Translated title: Quality and reliability of laser direct structured mechatronic integrated devices (LDS-MID)

Abstract

Angesichts des zunehmenden Bedarfs an multifunktionalen mechatronischen Systemen bietet die MID-Technologie vielversprechende Potenziale zur Herstellung hochintegrierter mechatronischer Baugruppen in funktionsoptimalem Design. Unsicherheiten hinsichtlich der Qualität und Zuverlässigkeit hemmen jedoch insbesondere in rauen und sicherheitsrelevanten Bereichen den Einsatz individueller MID-Lösungen. Vor diesem Hintergrund werden einleitend die wesentlichen qualitätsbeeinflussenden Faktoren entlang des mehrstufigen, multidisziplinären Herstellungsprozesses von LDS-MID aufgezeigt und erforderliche Maßnahmen zur Qualitätssicherung in der Fertigung erläutert. Die weiteren Schwerpunkte der vorliegenden Arbeit ergeben sich aus den charakteristischen Ausfallursachen und Einschränkungen, die eine weitere Verbreitung von LDS-MID beeinträchtigen. Als diese sind die Delamination der Metallisierung, die Entstehung von Leiterbahnrissen und das thermische Versagen von Leiterbahnen zu nennen. Systematische Untersuchungen verfolgen davon abgeleitet die Zielstellungen, die Metallisierungshaftfestigkeit von LDS-MID zu bestimmen und zu steigern, Leiterbahnrisse bei thermischer Belastung zu vermeiden sowie durch den Einsatz von Metallkern-MID die Stromtragfähigkeit signifikant zu erhöhen. Auf Grundlage der erarbeiteten Methoden und Erkenntnisse werden bestehende Unsicherheiten in Bezug auf die Eignung von LDS-Anwendungen für ihren Einsatz in anspruchsvollen Applikationsfeldern abgebaut und wertvolle Anhaltspunkte zur effektiven Steigerung der Robustheit von LDS-MID aufgezeigt.

Translated abstract

In consideration of the increasing demand for multifunctional mechatronic systems, MID technology offers promising potential for the production of highly integrated mechatronic assemblies in function-optimized designs. However, uncertainties with regard to quality and reliability inhibit the use of customized MID solutions, in particular in rough and safety-relevant areas. In this context, key factors influencing quality along the multi-stage and interdisciplinary manufacturing process of LDS-MID are highlighted and necessary measures for quality assurance in manufacturing explained. The further main focuses of the present work result from the characteristic failure causes and restrictions, which impair a broader expansion of LDSMID. These are the delamination of the metallization, the formation of conductor cracks as well as the thermal damage of conductors. Derived from this, systematic investigations pursue the objectives to determine and increase the adhesion strength of LDS metallization, to avoid conductor cracks under thermal load and to significantly increase the current carrying capacity by the use of metal core MID. Based on the methods and findings developed, existing uncertainties regarding the suitability of LDS applications for use in demanding fields of application are reduced and useful indications for an effective enhancement of the robustness of LDS-MID are presented.