Zuverlässigkeit bei MID – Hemmnisse, Handlungsfelder, Potentiale

Die MID-Technologie ermöglicht die Entwicklung innovativer Produktlösungen für mechatronische Systeme. Durch die Integration mechanischer und elektronischer Funktionen auf einem räumlichen Schaltungsträger lassen sich Baugruppen mit hoher Funktionsdichte und erheblichem Miniaturisierungsgrad realisieren. Neben der großen Gestaltungsfreiheit beim Produktdesign erlaubt die Integralbauweise die Einsparung von Komponenten, so dass der Fertigungs- und Montageaufwand reduziert werden kann (s. Bild). Zahlreiche Serienapplikationen aus unterschiedlichen Anwendungsbereichen verdeutlichen den Nutzen dieser Technologie.

Die Potentiale werden jedoch von verschiedenen Herausforderungen begleitet. Diese ergeben sich unter anderem aus verschiedensten Prozessen, die in einer komplexen Wertschöpfungskette zusammenhängen und zum Teil über mehrere Unternehmen verteilt sind. Die daraus resultierenden Wechselwirkungen und Abhängigkeiten beeinflussen maßgeblich die Qualität der MID-Produkte. So beeinflusst beispielsweise die Oberflächengüte des Kunststoffgrundkörpers die Hafteigenschaften der Metallisierung und damit einhergehend die zuverlässige Anbindung der aufgebrachten SMD-Bauelemente.

Infolge dieser Komplexität ergibt sich für die Sicherstellung der Zuverlässigkeit von MID-Produkten die Notwendigkeit eines ganzheitlichen Ansatzes (über den gesamten Produktlebenszyklus). Gleichzeitig ist in bestimmten Anwendungsbereichen der Technologie, wie der Automobilindustrie oder der Medizintechnik, die Erfüllung hoher Prozessstandards eine Voraussetzung für den Einsatz der Produkte.

In diesem Zusammenhang ist das Fehlen einer einheitlichen MID-Norm und disziplinübergreifender Standards ein zentrales Problem. Es existiert keine Zusammenführung von MID-spezifischen Leitfäden, Prüfmethoden und -kriterien in einer ganzheitlichen Richtlinie. Unternehmen greifen daher auf selbst spezifizierte Richtlinien zurück. Diese orientieren sich in der Regel an Tests und Prüfungen aus bestehenden Normen einzelner Teilprozesse, z.B. der Kunststoffverarbeitung oder der Montagetechnik von konventionellen Leiterplatten. Daraus resultiert, dass Kennwerte übernommen werden, die nur teilweise auf MID-Anwendungen übertragbar und für diese geeignet sind. Hinzu kommt, dass MID-spezifische Herausforderungen bestehen, die in Richtlinien verwandter Branchen nicht berücksichtigt werden. Beispiele dafür sind Versagensmechanismen, die sich aus der räumlichen Positionierung von elektronischen Bauelementen oder der Leiterbahnführung über Bindenähte des Substrats ergeben.

Das EFF-Vorhaben „Zuverlässigkeit bei MID“ greift diese Herausforderung auf, um bestehende Barrieren zielgerichtet abzubauen. Das primäre Ziel besteht dabei in der Identifikation von Handlungsfeldern, die einerseits die weitere Steigerung der Zuverlässigkeit von MID Produkten und andererseits deren Nachweisbarkeit adressieren. Ansatzpunkte sind die Betrachtung von Richtlinien und Prüfmethoden, bspw. zur prozessbegleitenden Qualitätssicherung. Außerdem werden in den Bereichen Produkt- und Prozessgestaltung potentielle Ausfallursachen auf Produkt- und Prozessebene thematisiert. Die Handlungsfelder werden anschließend in eine Forschungsroadmap überführt. Diese berücksichtigt den Nutzen und die Dringlichkeit der jeweiligen Handlungsfelder und gibt Aufschluss über mögliche Vorstufen zu deren Erschließung. Darauf aufbauend lassen sich konkrete Forschungsthemen definieren und Projektkonsortien zur weiteren Ausarbeitung aufstellen.

Der Projektstart des von der Forschungsvereinigung 3-D MID e.V. mit Eigenmitteln finanzierten Vorhabens lag im Mai 2014. Die vorgesehene Bearbeitungsdauer beträgt 6 Monate. Durch die aktive Einbindung der Industrie über detaillierte Interviews wird eine hohe Praxisnähe sichergestellt, um anwendungsorientierte Ergebnisse in den Fokus zu setzen. Die ersten Interviews wurden bereits im Rahmen der SMT 2014 in Nürnberg auf dem Gemeinschaftsstand der Forschungsvereinigung durchgeführt.