Der siebte Sinn auf der DigitalXchange: Skalierbare KI-Mikrosensorik zur Maschinenüberwachung

Bild zur DigitalXchange 2022

GED beteiligt sich in diesem Jahr an der Konferenz DigitalXchange des Innovation Hub Bergisches RheinLand. Mit rund 80 Vorträgen und voraussichtlich etwa 500 Teilnehmerinnen und Teilnehmern ist die DigitalXChange am 17. September 2022 die größte Netzwerkveranstaltung zur Digitalisierung in der Region. GED-Geschäftsführer Hanno Platz, Frank Ueberschar (GED) und Eyad Al Soulaiman (Roth GmbH) präsentieren auf der Konferenz im Rahmen des Themenfeldes Digital Factory eine flexibel einsetzbare, intelligente Lösung für die vorausschauende Wartung von Maschinen und Anlagen.

Ein siebter Sinn in der Maschinenwartung – der GED SensorNode

Verschleiß, Unwucht, Korrosion und Verformungen können bei jeder Maschine oder Anlage auftreten. Solche Fehler führen schnell zu Produktionsausfällen. Doch wenn mögliche Defekte frühzeitig anhand von Vibrationen, Geräuschen oder auch Temperaturänderungen erkannt und behoben werden, lassen sich erhebliche Kosten einsparen. Für entsprechende Lösungen stattet GED im Projekt Predictive Maintenance die Mikro-Multisensorik-Module des GED SensorNode mit künstlicher Intelligenz aus. Durch die integrierte Intelligenz des GED SensorNode ist dieser in der Lage, die verschiedenen Messsignale intern zu filtern, zu verarbeiten, zu analysieren und zu bewerten (Computing on the Edge/Edge Computing). Im Anschluss daran können fertige Auswertungen oder Warnungen an die entsprechenden Empfänger weitergeleitet werden. Durch die kleine Bauform des GED SensorNode ist er einfach nachträglich anzubringen und eignet sich für zahlreiche unterschiedliche Anwendungsfälle. Für die Datenkommunikation verfügt er über BLE-Funk oder lässt sich mit unterschiedlichen drahtgebundenen Schnittstellen ausstatten.

 

Die DigitalXchange 2022 findet am 17. September am Campus Gummersbach der TH Köln statt. Das Programm finden Sie hier. Die Teilnahme ist kostenlos – ein Ticket ist erforderlich: zur Anmeldung.

GED Teamtraining: Projekte, Diskussionen und Entspannung

Vom 17. bis 19. Mai 2022 war es soweit: GED konnte nach langer Corona-Auszeit endlich wieder einmal in die bewährte Teamschulung gehen. Die Veranstaltung startete mit einem Tagesseminar: „Best Practices with Colleagues“. Alle Mitarbeiter zeigten aus ihren technisch anspruchsvollsten Designs der letzten zwei Jahre die von ihnen angewandten Designstrategien, die dann in der Runde diskutiert wurden.

Die vorgestellten Projekte deckten das gesamte LP-AVT-Portfolio ab:

  • Highspeed und HDI-PCB-Design: Wie sehen eine optimale Anordnung und der Lagenaufbau für eine Leiterplatte mit sechs Stück DDR4-Speichern auf möglichst kleiner Fläche aus, bei optimalem Längenausgleich von max. 0,1 mm? Ein optimales Ergebnis für erreicht GED, weil für das  Längenmatching der Leiterbahnen, die Längen im Chip mit betrachtet werden und der Abgleich nach der Signallaufzeit vorgenommen wird. Die Lösung überzeugte: Der Kunde gab die Rückmeldung, dass aufgrund des mustergültigen Längenabgleichs der differentiellen Leiterbahnen das Design von GED optimale Ergebnisse erzielte. Grundlage ist eine ideale Anordnung der Bauteile und zum Abgleich wurden nicht die maximalen Leiterlängen, sondern die Signallaufzeiten verwendet. Auch die Leiterlängen im Chip wurden berücksichtigt, was bei einer Längentoleranz von höchstens 0,1 mm eine wichtige Rolle spielt.
  • HDI-PCB-Design: Wie ist der günstigste Lagenaufbau und welche Microvicas verwende ich für einen  196-poligen BGA mit Pitch 0,5 mm? Aktuell ist ein Design mit Pitch von nur 0,3 mm für ein µBGA in Arbeit und es gibt inzwischen Bauteile mit Pitchmaßen von nur 0,2 und 0,1 mm.
  • Powerelektronik: Mit welchem LP-Entwärmungskonzept gelingt die optimale Wärmeabfuhr auf einem 20 kW-DC/DC-Wandler mit SIC-MOSFETs bei einer Leistung von 50 Watt pro Bauteil – Ansteuerung 100 kHz Spannung 1,5 KV?
  • Powerelektronik – Entwicklung Hardware, Software und PCB-Design: Konzeption, Gerätedesign eines 19- Zoll-Racks mit fünf Typen Leiterplatten; mechanischer Aufbau mit Solid Works, verbunden mit Altium Designer für das PCB-Design mit vier Powerkarten 12/24 Volt à 50 Ampere. Die gesamte Mechanik des ersten Entwurfs konnte durch das 3D-Co-Design ohne Änderungen in die Serienfertigung übernommen werden.
  •  3D-Elektronik-Design:  In-Ear-Produkt mit hochpoligem BGAs auf einer 6-lagen Starrflex-Leiterplatte in Fingernagelgröße, mit BGAs Pitch 0,4 mm und extremer Packungsdichte.
  • Entwicklung Medizinprodukt, Klasse 2B: Hardware, Software und PCB-Design: Lade- und Überwachungseinheit für drei Batteriepacks, Steuerkarte für zwei Displays, Sensoren, Pumpen, vier Mikrocontroller, die auf einer Main- und vier Subleiterplatten verteilt sind. Das hierarchische Schaltplandesign ermöglichte es, hier ein optimales Testkonzept für die gesamte Schaltung zu entwickeln.

Konsens der Expertenrunde am ersten Tag war, dass gerade bei den sogenannten Advanced Technology Designs, wie Highspeed, Power oder High-Density u. a., eine „Designreserve“ mit vorgesehen wird. Sowohl auf der funktionalen Seite als auch bei der Produktion gibt es Toleranzen zu berücksichtigen. Gerade Spezialthemen wie Material- und Lagenaufbau für die Impedanzanpassung für hohe Taktraten, Load-Dump-Belastungen in Hochstromanwendungen oder CAF-Effekte im Material u.v.a.m. erfordern neben der sicheren Schaltungsauslegung auch immer ein „sauberes“ PCB-Design.

Sturm auf die Burg

Nach so viel Projekt- und Fachdiskussion boten am folgenden Tag die Wanderung und die Erstürmung der Burgruine Stadt Blankenberg die verdiente Entspannung. Die ehemals kleinste Stadt Deutschlands gehört heute zur Stadt Hennef. Bei bestem Wetter wurde das GED-Team mit einem herrlichen Ausblick nach Siegburg mit der Abtei Michaelsberg und sogar weiter bis nach Köln belohnt. Der Ausflug war für Mitarbeiter aus dem Homeoffice eine hochwillkommene Gelegenheit, endlich ihre Kolleginnen und Kollegen wiederzutreffen oder kennenzulernen.

Am dritten Tag waren „Trainings on the Job“ am CAD-System angesetzt. Die erfahrenen Kollegen verrieten Tipps und Tricks für die Xpedition und Altium CAD-Tools. Neuigkeiten von der Siemens EDA  (Mentor) User2User Conference, die gerade eine Woche vorher in München stattgefunden hatte, wurden den Kollegen taufrisch weitervermittelt.

Das Teamtraining 2022 zeigte einmal mehr, dass diese entspannte Art des Wissensaustauschs neben dem Lernen von den Erfahrungen anderer auch das Verständnis der Kolleginnen und Kollegen füreinander fördert. Alle waren sich einig: Drei erlebnisreiche und informative Tage zur Stärkung des Teams, die im nächsten Jahr fortgeführt werden.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

GED beteiligt sich aktiv am Innovation Hub Bergisches RheinLand

Seit Januar 2022 ist GED Mitglied des regionalen Technologienetzwerks Innovation Hub Bergisches RheinLand in Gummersbach. Das Unternehmen unterstützt den Innovation Hub im Handlungsfeld Predictive Maintenance mit dem GED-SensorNode: An einem Demonstrator mit verschleißanfälligen Maschinenteilen wird die sensorische Erfassung, Verarbeitung und Weiterleitung von Daten für die vorausschauende Wartung aufgezeigt und optimiert. Darüber hinaus hat GED beschlossen, künftig zusammen mit dem Projektpartner des Innovation Hub, der TH Köln, gemeinsame Forschungsprojekte für die KI-Auswertung von Sensordaten durchzuführen.

„Wir sind begeistert, dass wir für unseren leistungsfähigen IoT-Multisensorbaukasten beim Innovation Hub Bergisches Rheinland eine ideale Umgebung für Anwendungsszenarien und Weiterentwicklungen gefunden haben“, sagt GED-Geschäftsführer Hanno Platz. „So können wir für den Anlagen- und Maschinenbau neue, smarte Multisensor-Lösungen im Rahmen von Industrie 4.0 kreieren. Gemeinsam mit der TH Köln wollen wir mittels erweiterter Algorithmen und Künstlicher Intelligenz wesentliche Fortschritte in der Datenanalyse schaffen. Unser völlig neu entwickeltes SensorNode-Konzept bietet dafür gerade im Bereich Predictive Maintenance eine optimale Basis.“

 

Sensorprojekte im Fokus

Halle 51 des Inno Hub GummersbachZentrum des Innovation Hub Bergisches RheinLand ist die Halle 51 auf dem Steinmüllergelände in direkter Nachbarschaft zur TH-Köln am Campus Gummersbach. Dieser Neubau wird unter anderem mit interessanten Maschinen ausgestattet, an denen Sensorerweiterungen für das zukunftsrelevante Thema „Predictive Maintenance“ adaptiert werden. Dazu zählen CNC-Maschinen, Spritzgussmaschinen, 3D-Drucker, Roboter usw. und ein Maschinen-Demonstratoraufbau. Der Elektronikspezialist GED setzt darauf, sich hier an vielen spannenden Sensorprojekte beteiligen zu können, um das weite Leistungsspektrum des Unternehmens im regionalen Umfeld aufzuzeigen.

 

 

Über den Innovation Hub

Arbeiten am Demonstrator des Inno Hub

Arbeiten am Demonstrator des Inno Hub

Der Innovation Hub Bergisches RheinLand versteht sich als Knotenpunkt zwischen Unternehmen und wissenschaftlichen Einrichtungen in der Region Bergisches Land/Rheinland. Durch einen „Open-Innovation-Ansatz“ schafft er Forschungsmöglichkeiten im Kontext der Digitalisierung, die Beteiligte allein nur schwer und mit deutlich größerem Aufwand realisieren könnten. Das Team setzt sich aus dem Verein und der TH Köln zusammen. Insgesamt haben sich 30 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter, darunter sieben Professoren und sechs wissenschaftliche Mitarbeiter, dem Ziel der Digitalisierung von kleinen bis großen mittelständisches Unternehmen aus der Region verschrieben. Mitglieder sind beispielsweise ABUS Kransysteme GmbH, Ralf Bohle GmbH (Schwalbe-Fahrradreifen), NetCologne Gesellschaft für Telekommunikation GmbH und SARSTEDT AG & Co. KG.

Der InnoHub wird, zusammen mit der TH Köln und dem Innovation Hub Bergisches RheinLand e.V., unter dem Projektnamen „Regio.NRW – Innovation Hub Bergisches RheinLand“ durch den Europäischen Fonds für regionale Entwicklung EFRE gefördert.

 

 

 

 

Purchasing by Design: Strategie gegen Beschaffungsprobleme bei Neuentwicklungen

Auswahl und Bestellung in der Design- und Entwicklungsphase – frühzeitige Planung mit angepasstem Entwicklungsprozess zur Beschaffung elektronischer Bauteile

Die Beschaffungssituation in der Elektronikbranche hat sich in 2021 weltweit derart verschärft, dass Lieferzeiten von 40-100 Wochen für unterschiedlichste Bauteile fast an der Tagesordnung sind. Dabei sind nicht nur Microcontroller betroffen, sondern auch Standardbauteile wie Kondensatoren oder Stecker. Auch bei den Rohstoffen für Leiterplatten oder Kunststoffen sind inzwischen erhebliche Verknappungen und damit auch Preissteigerungen zu verzeichnen.

Bereits 2019 hatten wir in unserem Newsletter berichtet, dass durch internationale Entwicklungen das Thema Bauteile-Obsoleszenz in den nächsten Jahren noch deutlich an Brisanz zulegt: Neue Megatrends in der Elektronik benötigen erheblich mehr Bauteile durch höhere Stückzahlen, steigende Funktionalität und kürzere Lebenszyklen.

Aktuell ist die globale Corona-Pandemie nicht die einzige Ursache der Lieferprobleme. Gleich mehrere Gründe haben seit 2020 mit steigender Tendenz die Lage verschärft:

–          Feuer und Hitze in Asien, mehrere Werke für verschiedene Rohstoffe waren durch Brände betroffen

–          Kältewelle in den USA (Florida, Texas), Ausfall von Chipwerken, Stromausfälle

–          Logistikprobleme für See und Luftfracht, Transportkosten von China steigen um Faktor 5-10

–          Globaler Rohstoffmangel bei Kupfer, Harzen, Kunststoffen u.v.a.m.

Wenn kleine Ereignisse hinzukommen, wie der Unfall der „Ever Given“ auf dem Suezkanal, sind die Auswirkungen direkt spürbar. Immerhin hat ein modernes Containerschiff Ladekapazitäten von über 20.000 Containern. Aber auch der Handelskonflikt zwischen China und dem Westen wird sich künftig noch weiter auswirken. Die Tendenz für das neue Jahr 2022 sieht daher leider nicht gut aus, Allokationen und Preissteigerungen werden noch für das gesamte Jahr und darüber hinaus bestehen bleiben. Demgegenüber steht ein Wachstum im Halbleitermarkt von über 25 %, dass die World Trade Statistics (WSTS) im August 2021 prognostiziert hat.

Welche Strategien können insbesondere bei neuen Produktentwicklungen helfen?

GED bietet den Kunden im Rahmen der Design- und Entwicklungsaufträge auch den Service der Baugruppenfertigung für Muster und Kleinserien, inklusive der Materialbeschaffung. Der besondere Vorteil liegt darin, dass sich ein Team mit speziellen Elektronik- und Marktkenntnissen um die Beschaffung kümmert, auch um die sogenannten „schwerbeschaffbaren Bauteile“. In der aktuell angespannten Lage helfen aber leider auch nicht mehr die guten Quellen oder der Einkauf über zertifizierte Broker.

Das Unternehmen hat deshalb auf die Situation mit einer angepassten Strategie reagiert und gute Erfahrungen gemacht. Die Beschaffung wird bereits parallel zum Designprozess durchgeführt. Bei der Auswahl der Bauteile recherchieren die Entwickler die Verfügbarkeit – die Bestellung muss dann natürlich möglichst zeitnah erfolgen. Das ist zwar aufwendig und zieht teilweise auch mehrere Bestellvorgänge nach sich. Idealerweise liegen dann aber zum Designende bereits die Bauteile für die Bestückung bereit. GED empfiehlt den Kunden, die Materialbeschaffung gleich mit dem Designauftrag zu platzieren. Wir unterstützen sie dann schon beim „Design in“ mit der Beschaffung des Materials.

Hier die Vorschläge aus dem GED-Newsletter 2019, die heute um so mehr gelten:

Beschaffung mit Weitsicht

Das bedeutet, in der Entwicklungs- und Designphase ist es zukünftig wichtiger denn je, besondere Vorkehrungen im Hinblick auf Obsoleszenz und lange Lieferzeiten zu treffen. Natürlich wäre die erste Forderung stets, eine Second Source zu bestimmen. Das ist leider nicht immer möglich. Dagegen sind Regelungen, wie nur ein bestimmtes Fabrikat für Keramikkondensatoren festzuschreiben, sehr eingrenzend und gefährlich. Der Einsatz von speziellen Modulen, z. B. Powermodule, ist in der Regel auch damit verbunden, dass ausschließlich Bauteile von einem Hersteller verwendet werden müssen.

Aber womit fängt die Lösung des Problems dann an? Bei der Bauteile-Auswahl steht der Entwickler vor einer großen Anzahl an Optionen. Ein Beispiel: Bei einem MLLC mit 100 nF und Bauform 0402 bietet ein bekannter Distributor derzeit schon einmal 374 Möglichkeiten an. Lässt man hier den Entwickler in der Entscheidung freie Hand, entstehen schnell unnötige Einschränkungen. Deshalb empfiehlt sich bei der Beschaffung und Festlegung neuer Bauteile eine klare strategische Vorgabe oder eine Prüfung durch entsprechende Abstimmung und Zusammenarbeit mit der Einkaufsabteilung. Bei der ausgelagerten Fertigung über EMS-Dienstleister ist es wichtig, deren Lager zu berücksichtigen und/oder zu kennzeichnen, welche Bauteile nicht auf einen Typen oder Hersteller festgelegt sind. Ausgewählte Bauteile sollten eindeutig identifizierbar sein. Neben der Festlegung der elektrischen Werte und der Bauform des Bauteils sind auch Angaben über die Spannungs- und Toleranzklasse relevant.

Welche Vorgehensweise ist sinnvoll und welche Angaben sollte die Stückliste/BOM enthalten?

Gezielte Auswahl neuer Bauteile:

  • Analyse zur Produktdefinition in der Vorprüfung (PDR), Critical Design Review (CDR) etc.
  • Klassifizierung der eindeutigen, zweideutigen und fehlerhaften Teileidentifikationen/-beschreibungen
  • Identifizierung der Ursachen für unzureichende Bauteilebeschreibungen
  • Alternative Bauteile, Second Source

Minimal Angaben für eine exakte Bauteile-Identifikation

  • Name und/oder Beschreibung
  • Teilenummer(n) aus dem OEM(s)/OCM(s)
    Namen der OEM(s)/OCM(s)
  • Hersteller-Code (CAGE = Commercial-and-Government-Entity-Code)
  • NSN-/NATO-Nummer (National Stock Number oder NATO Stock Number)
  • Anzahl der benötigten Teile pro Baugruppe

Darüber hinaus sollte man folgende Punkte generell berücksichtigen:

  • Verfügbarkeit der ausgewählten Bauteile prüfen, insbesondere bei neuen Typen
  • Abkündigungen und „End of Life“ (EOL) und „Part Change Notification“ (PCN) prüfen
  • Immer A-Bauteile wie Controller, Speicher, Stecker, Display usw. auf Lieferzeiten prüfen
  • Auch C-Bauteile frühzeitig auf Lieferfähigkeit prüfen
  • Frühe Abstimmung mit dem Baugruppenfertiger, BOM-Analyse
  • Materialbeschaffung für Serienstart früher planen und Material früher bestellen
  • Regelmäßige Überwachung der Materialien

Kurz gesagt, es empfiehlt sich, weitsichtig zu denken und zu planen:

  1. Ersatztypen festlegen, Second Source in die BOM aufnehmen.
  2. Bei kritischen Bauteilen alternative Gehäuseformen im Layout vorsehen.
  3. Frühzeitige Serienplanung und Materialbeschaffung, ggf. Lagermenge anlegen.
  4. Vorsicht bei Bauteilen wie Displays, MEMS Mikro, Powermodule usw., Material optional selbst bevorraten.
  5. Ggf. „alternative shapes“ für kritische Bauteile vorsehen.
  6. Je größer die Serie, desto wichtiger ist eine frühzeitige Planung.
  7. Bei Ersatzbeschaffung über Broker oder Refurbished-Anbietern ist Vorsicht geboten. Hier empfehlen wir das Röntgen und einen elektrischen Qualifizierungs- oder Vergleichstest.

GED verfügt aus mehr als 30 Jahren Erfahrung in Entwicklung und Design über Designstrategien, die bestimmte Risiken deutlich minimieren können. Bereits beim Leiterplattendesign kann man mit vielen kleinen Maßnahmen dafür sorgen, dass alternative oder ähnliche Bauteile eingesetzt werden können. Das reicht vom alternativen Footprint bis hin zur weitsichtigen Platzierung der Bauteile und anderen Design-Maßnahmen.

 

Bauteil ist nur im anderen Gehäuse lieferbar?

Für die Möglichkeit alternativer Gehäuse ohne ein Redesign auf der Leiterplatte entwickelt GED sogenannte Interposer-Module. Die Umsetzung des Footprints wird auf einer kleinen HDI-Leiterplatte vorgenommen. Optimal dafür ist, wenn das alternative Bauteil eine kleinere Bauform hat. Auf dem Modul kann ggf. auch noch eine Schaltungsanpassung mit aufgebracht werden. Ist das Bauteile größer, kann das alternative Bauteile auf ein Pinheader montiert werden, der über die anderen Bauteile der Leiterplatte ragt.

Interposer Modul mit alternativem Bauteil Footprint
Interposer Modul mit alternativem Bauteil Footprint

Fazit:

Die gesamte Elektronikbranche steht vor akuten und massiven Her­ausforderungen in der Supply Chain. Denn hier stehen nicht mehr die Preisänderungen im Vordergrund, sondern dass es überhaupt geliefert werden kann. Dabei ist die beste Strategie, frühzeitig zu planen und zu beschaffen. Sprechen Sie mit Ihren Lieferanten für Ihre Entwicklungsprojekte und Bedarfe im Jahr 2022 am besten jetzt. Wir unterstützen Sie gern!

Netzwerk 3D-Elektronik: Wegweisende Projekte und Neustart des Netzwerks

Am 30. November 2021 traf sich das 2018 vom FED initiierte ZIM-Netzwerk 3D-Elektronik zum siebten Mal. Nach nun drei Jahren geförderte Laufzeit beschlossen die Mitglieder aufgrund des Erfolges, ihr Unternehmen und Forschung übergreifendes Technologie-Netzwerk jetzt offen weiterzuführen.

Starke Innovationsprojekte vorgestellt

Die ursprünglich an der Ruhr Uni Bochum geplante Präsenzveranstaltung wurde kurzfristig digital durchgeführt. Die Mitglieder präsentierten die Ergebnisse der aus dem Netzwerk heraus initiierten FuE-Projekte. Die mit öffentlichen Mitteln unterstützen ZIM-Projekte (ZIM, Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand) verfolgen das Ziel, elektronische Baugruppen komplexer, hochintegrierter, kosten- und energieeffizienter sowie zugleich platzsparender umzusetzen. Beispielsweise entwickelt die Firma metak innerhalb des ZIM-Projekts „BauteilBett“ ein neues Verfahren zur Fertigung von elektronischen Freiformbauteilen. Damit  können elektronische Komponenten erstmalig gezielt in Spritzgussteile integriert werden.

Die van Rickelen GmbH sowie das Fraunhofer IMS entwickelten im gemeinsamen FuE-Vorhaben „noKat“ einen neuen optischen Näherungssensor, der in der Lage ist, Menschen mit Hilfe künstlicher Intelligenz zu erkennen. So kann die aktuell sehr hohe Anzahl unerwünschter Erkennungen mit klassischen Näherungssensoren, etwa durch Tiere oder Wind, deutlich reduziert werden. Da es sich zudem um ein Microcontroller-basiertes Embedded-System handelt, werden die Daten lokal verarbeitet und gelangen nicht nach außen. Das Projekt wurde bereits erfolgreich abgeschlossen. Zudem ist ein Folgeprojekt in Planung.

Ein weiteres technisch spannendes Projekt ist der IoT-Sensorbaukasten SensorNode mit Energy Harvesting über Bewegungsenergie (Vibration), den GED entwickelt hat:

GED-SensorNode – modulares IoT-Sensorsystem

  • Mikrocontroller-Modul: 32 bit ARM-Cortex M4, für sensor data preprocessing  und sensor control, Bluetooth Funk BLE 5, 50-pin Sensor Bus, Plug&Play
  • Kraftmess-Modul, 24 bit
  • Motion-Modul
  • Datalogger-Modul
  • Power-Modul für Akku und Energy-Harvesting
  • Modul-Baugröße ca. 15 x 18 x 14 mm

 

Fünf Partner starten neues gefördertes AVT-Projekt

Das Netzwerk konnte zum Abschluss der Förderphase noch einen positiven Entscheid zu einem größeren Projektantrag mit einem Fördervolumen von 1,8 Mio. Euro verbuchen. Über das Programm „KMU-innovativ“ des BMBF startet ein Konsortium aus fünf Partnern (NanoWired GmbH, Becker & Müller Schaltungsdruck GmbH, GED mbH, Huber Automotive GmbH, TU Dresden) eine Entwicklungskooperation zur industriellen Umsetzung einer neuen AVT auf Basis des patentierten Verfahrens „KlettWelding“ von NanoWired. An zwei Demonstratorprojekten sollen optimierte Verbindungslösungen für hohe Signalübertragungsraten bis 20 GHz und hohe Leistungen bis 20 kW auf Basis der neuen Aufbau- und Verbindungstechnik Klettwelding entwickelt werden. Technologische Highlights, wie z. B. die direkte Montage von Leistungstransistoren auf einen 3D-gedruckten Flüssigkeitskühlkörper, sollen zur erheblichen Miniaturisierung und Leistungssteigerung beitragen. Die erforderlichen Zuverlässigkeitsuntersuchungen werden vom Projektpartner am AVT-Institut der TU Dresden durchgeführt.

Digitaler Rundgang

Beim digitalen Netzwerktreffen unternahmen die Teilnehmer einen virtuellen Rundgang durch die Lern- und Forschungsfabrik des Lehrstuhls für Produktionssysteme (LPS) an der Ruhr Uni Bochum. Diese Einrichtung bildet ein produzierendes KMU mit verschiedenen digitalisierten mechanischen Bearbeitungsmaschinen und einer digitalisierten Handmontagelinie ab. Die Schwerpunkte des LPS liegen auf Teilautomatisierungen und Mensch-Roboter-Kollaborationen. Damit ist der Lehrstuhl ein wichtiger Partner im Konsortium, weil auch in der Fertigung und Montage von 3D-Elektronik neuartige Fertigungs- und Montageprozesse benötigt werden. Im Kontext von Industrie 4.0 werden am LPS neue digitale Fertigungs- und Montageprozesse entwickelt.

Den Impulsvortrag hielt Dr. Bob Wittig, Abteilung Werkstoffentwicklung Metall & Korrosionsschutz UA Elektrik/Elektronik bei Volkswagen. Der Experte skizzierte mögliche Anwendungsfelder der 3D-Elektronik in Kraftfahrzeugen mit charakteristisch sehr hohen Anforderungen an die Langzeitzuverlässigkeit. Entsprechend umfangreich und langwierig sind die Tests, bevor eine neue Technologie akzeptiert und etabliert wird. Künftige Anwendungsgebiete für höher integrierte Komponenten und funktionale Integration sind im Innen- und Außenraum von Fahrzeugen, die in der Runde diskutiert wurden.

Netzwerk öffnet sich für neue Mitglieder

Das Netzwerk 3D-Elektronik soll auch künftig weiter unter der Leitung der Technologieberatung Jöckel Innovation Consulting geführt werden. Aktuell beteiligen sich 15 Unternehmen und Forschungseinrichtungen mit unterschiedlichen Kompetenzbereichen am Netzwerk: Embedded-Leiterplatte, Flexsubstrate, Kunststoff, Keramik, AVT und Mikrosystemtechnik. Im Netzwerk können auf kurzem Weg Informationen ausgetauscht und Partner für gemeinsame Forschungsprojekte zusammenfinden. Zur Fortführung des Netzwerkes ist jährlich ein Innovationstag geplant. Die Mitglieder erhalten im Netzwerk verschiedene Services wie Tech-Talks, Entwicklung gemeinsamer Demonstratoren, Informationen zu Förderprojekten, Beratung für Fördermittel sowie die weitere Pflege der Webseite www.3D-Elektronik.net. Interessierte Unternehmen wenden sich bitte an Ann-Cathrin Hubschneider (E-Mail: a.hubschneider@joein.de) von Jöckel Innovation Consulting und an Hanno Platz (E-Mail: h.platz@ged.pcb-mcm.de) von GED mbH, Leiter des FED-Arbeitskreises 3D-Elektronik, der technische Fragen beantwortet.

E-Motorsport an der H-BRS: 2021 weiter auf der Erfolgsspur

Auch in diesem Jahr konnten die E-Motorsportler der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg (BRS Motorsport e.V.) große Erfolge bei den Formula Student Events feiern. So erzielte das Studierendenteam mit seinem Elektro-Rennwagen G21e, Spitzname „Luna“, sogar erstmals einen Gesamtsieg.

GED sponsert seit vielen Jahren den Elektromotorsport an der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg. Aktuell arbeiten zwei Mitglieder des BRS-Motorsportteams bei GED.

Höhepunkt der Saison war für BRS die Formula Student Spain auf der Rennstrecke Barcelona-Catalunya. Hier belegte das Team aus Sankt Augustin in vielen Einzeldisziplinen wie im Beschleunigungs- und im Langstreckenrennen Top-Platzierungen. Den 75-Meter-Sprint schaffte Luna in herausragenden 3,48 Sekunden. In der Disziplin Cost und Manufacturing Event (Kostenanalyse) erreichte das Team 95 von 100 Punkten, im Engineering Design Report (Konstruktionsbericht) sogar die Höchstpunktzahl. Spannung bis zuletzt: Erst bei der Siegerehrung realisierte das Team, dass es den ersten Platz bei der Formula Student Spain 2021 errungen hatte. Dies war der erste Gesamtsieg für den BRS Motorsport bei einem Weltranglisten-Event.

Wie in Spanien konnte die BRS-Crew auch bei der Formula Student Germany (FSG) im September auf dem Hockenheimring den Sieg beim Cost Event für sich verbuchen. Das war für das Team der erste Sieg in einer Teildisziplin bei der FSG. Insgesamt reichte es in einem starken Teilnehmerfeld den achten Platz. Beim letzten Event der Saison 2021, der Formula Student Alpe Adria in Kroatien, holt Luna den dritten Platz in der Disziplin Beschleunigung.

Das Team freut sich über die Ergebnisse der Wettbewerbe. Bereits seit Saisonende tüftelt es am Elektroflitzer für die Renn-Events im Jahr 2022.

GED gratuliert zu den großen Erfolgen und den gezeigten Leistungen in einem hochkarätigen, internationalen Wettbewerbsumfeld!

Weitere Informationen zum E-Motorsport an der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg finden Sie hier.

"Luna" im Bonner Hofgarten
“Luna” im Bonner Hofgarten

 

 

Intelligentes Pflaster – wegweisendes Beispiel für innovative Sensorik

Abstracts des Vortrags von GED-Geschäftsführer Hanno Platz auf dem Fachsymposium 2021 des HybridSensorNet e. V.

 

Integration von modernster Sensorik und Aktorik

Schema elektronisches Pflaster
Schema des Pflasters mit Elektronik-Sensor für die Integration in Wundauflagen ©KOB GmbH

Intelligente elektronische Pflaster können heute weit mehr als nur Wunden abdecken: Mit entsprechender Sensorik ausgestattet, überwachen sie Körperparameter wie Temperatur, Feuchtigkeit, pH-Wert, Sauerstoffsättigung und elektrische Potenziale.

Mehr als 3 Millionen Patienten benötigen allein in Deutschland eine langfristige Behandlung chronischer Wunden. Im EU-Projekt ULIMPIA (Ultraschallsensoren für intelligente medizinische Pflaster) hat GED gemeinsam mit 17 Partnerinnen und Partnern aus sechs Ländern ein intelligentes Pflaster entwickelt, das auch physikalische Prozesse tief im Körper erkennen kann – etwa indem es der Blutdruck misst, oder die Blasentätigkeit überwacht. Dazu kombinieren die Forschenden hochmoderne MEMS-Ultra-Sound-Technologie (CMUT) von Philipps mit Innovationen in der konformen Patch-Technologie.

Wissenschaftler des deutschen Konsortiums entwickelten im Rahmen des Projekts eine Packaging-Technologie zur Integration von Sensoren und Ultraschall-Aktoren. GED hat dabei zusammen mit NXP Semiconductors die Entwicklung der Elektronik übernommen. Für die 4 unterschiedlichen Demonstratoren wurde ein BLE-Controller-Modul entwickelt sowie das anspruchsvolle Powerkonzept, mit Lowpower-Sensorik und Hochspannungserzeugung von 5 Volt auf +/- 30 Volt und 150 Volt zur Ansteuerung der CMUT-Ultraschallsensoren.

Bei der Entwicklung konnte GED aus Know-how und Erfahrungen von Vorgängerprojekten schöpfen wie FreiForm und HySep – zwei BMBF-Projekte, bei denen innovative Konzepte für die Multisensor-Integration entwickelt wurden. Für die neue Generation der IoT-Sensoren (IoT, Internet of Things) und der Healthcare-Sensorik liegen die Aufgaben ähnlich:

  • Aufbereitung der analogen und digitalen Sensorsignale,
  • Vorverarbeitung der Sensordaten auf dem µController,
  • energiesparender Langzeitbetrieb,
  • gesteuerte Datenübertragung per Funk,
  • Adaption an die Messapplikation,
  • Verpacken im Gehäuse.

Die Herausforderungen in der Entwicklung des ULIMPIA-Pflasters waren sehr vielfältig:

  • modulares NXP-Mikrocontroller-Modul mit BLE-Funk und Antenne,
  • Umsetzung der kleinen Sensorsignale in digitale Größen,
  • Spannungsversorgung mit Lowpower-Funktion,
  • Spannungserzeugung von 5V Akkuspannung auf +/- 30 Volt und 150 Volt,
  • Adaptierung des Ph-Foliensensors von Fraunhofer (mit15µm Leiterstrukturen),
  • Elektrische Kontaktierung eines dehnbaren Sensor-Patches,
  • Aktor-Steuerung für ein Flächen-Heizpatch mit 5 Watt Leistung,
  • Interconnection zwischen Sensorebene und Controllermodul,
  • Packaging Feuchtesensor und Füllstandsensor als leitendes Gewebe.

 

Aufbaukonzept des elektronischen Pflasters
Aufbaukonzept des elektronischen Pflasters mit integrierter Multisensorik ©KOB GmbH

Im Rahmen der 3-jährigen Kooperationsentwicklung entstanden neue Anforderungen und Gesichtspunkte. Normativen Anforderungen des Medizinproduktegesetzes, aber auch Umweltaspekte machten Änderungen bzw. Anpassungen der Aufbaukonzepte erforderlich. Im Vortrag werden die einzelnen Technologien und Disziplinen erläutert.

 

Bilderstrecke: Sensorpflaster an einer künstlichen Wunde
Sensorpflaster an einer künstlichen Wunde, mit der „reusable electronic“ im Gehäuse ©KOB GmbH

Ergebnis der Entwicklung ist ein hautfreundliches, flexibles Sensor-Pflaster mit den zugehörigen Mikroelektronik-Komponenten für Datenerfassung und Funkverbindung. Daten und Alarmzustände werden kontinuierlich per BLE-Funk auf eine App übertragen. Die entstandene Plattform kann für unterschiedliche Sensoraufgaben genutzt werden. Der Fokus liegt auf Produkten mit medizinischen Anwendungen.

Einladung zum Sensorik-Fachsymposium des HybridSensorNet

Am 11. November 2021 findet das 8. Fachsymposium des HybridSensorNet e.V. statt. Das Thema „Innovative Sensorik, verteilte Sensorsysteme, neue Technologien und Anwendungsfelder“ verspricht spannende Vorträge und vielfältige Anregungen.

Innovative Sensorsysteme und datenbasierte Soft-Sensoren liefern umfassende Informationen, detektieren potenzielle Gefährdungen und sind unverzichtbar bei der Steigerung der Energie- und Ressourceneffizienz. Neuartige vernetzte Sensoren überwachen  kritische Infrastrukturen. Hierzu ist auch eine hohe IT-Sicherheit erforderlich.

Experten aus Forschung, Wissenschaft und Industrie stellen im 8. Fachsymposium des HybridSensorNet den Stand der Forschung und Entwicklung sowie die interdisziplinären Anforderungen an innovative Projekte dar. Das Symposium bietet eine offene Plattform zur Förderung von Kooperationsgesprächen und Diskussionen. Eine Partnerbörse ermöglicht die Darstellung der Kompetenzen der Teilnehmer zur Initiierung neuer, gemeinsamer Projekte.

GED-Geschäftsführer Hanno Platz wird auf dem Symposium das vernetzte elektronische Pflaster des ULIMPIA-Projekts vorstellen. Die Abstracts seines Vortrags finden Sie hier.

Interessierte sind herzlich eingeladen, am Symposium teilzunehmen!

Die Veranstaltung findet am 11. November 2011 online statt. Die Teilnahme ist kostenfrei.

Weitere Informationen und Anmeldung auf der Website des HybridSensorNet.

 

Ist das 3D-Elektronik-Design schon auf der Höhe der Zeit?

Bericht zum virtuellen „EDA-Round Table“ des FED, von Hanno Platz, Leiter des FED-Arbeitskreises 3D-Elektronik

Dreidimensionale Elektronikkonzepte haben in den letzten zehn Jahren stark an Bedeutung gewonnen. Leistungssteigerung, Miniaturisierung, funktionale Integration oder ergonomische Gerätekonzepte sowie eine einfachere Produktion lassen sich mit 3D-Elektronik optimal realisieren. Weiteres Potenzial bieten neue Materialien und Fertigungstechnologien wie der 3D-Druck, Embedding oder Kunststoffelektronik, die heute serientauglich sind.

Aber wie sieht es mit den Entwurfswerkzeugen und den erforderlichen Datenformaten aus? Was bieten aktuell die Elektronik-CAD-Werkzeuge an echter 3D-Entwurfsuntertützung? Ermöglichen sie es, die großen Vorteile der neuen 3D-Technologien voll auszuschöpfen?

Das wollte der Fachverband Elektronik Design (FED e. V.) von den führenden EDA-Herstellern (EDA, Electronic Design Automation) wissen und hatte deshalb zu einem „Virtuellen Runden Tisch“ am 28. April 2021 eingeladen. Die EDA-Hersteller der Top-5-eCAD-Systeme präsentierten in einer Kurzvorstellung ihre neuen 3D-Funktionen und -Highlights (Altium, Cadence, Siemens EDA-Mentor Graphics, Pulsonix, Zuken). Der FED-Arbeitskreis 3D-Elektronik hatte Fragen zur Entwurfsmethodik der 3D-AVT zusammengestellt. Markus Biener (Zollner Elektronik AG) Michael Matthes (Wittenstein SE) und Hanno Platz (GED mbH) moderierten die Vortrags- und Fragerunde im EDA-Round Table. Während der Veranstaltung, die rund 80 Teilnehmerinnen und Teilnehmer zählte, gab es zwei Umfragen zum Einsatz und Bedarf der 3D-Integration heute und in Zukunft. Die Ergebnisse wurden zum Abschluss präsentiert.

 

Der Hintergrund: Die Leiterplatte wird zum „Leiter-Körper“

In mehreren Branchen haben sich in den letzten Jahren die 3D-Elektronik-Technologien im Serieneinsatz etabliert. Getrieben vom Bedarf an mehr Leistung auf kleinem Bauraum, an steigenden Frequenzen, an höherer Zuverlässigkeit und ergonomischen Gerätekonzepten wird auch der Einsatz in moderner Industrieelektronik immer wichtiger.

Der Hauptvorteil der 3D-Elektronik besteht darin, dass anstelle der starren Leiterplatten elektronischen Bauteile und Verbindungen auch auf der gewölbten Oberfläche eines Gehäuses montiert oder im Substrat bzw. Gehäuse eingebettet werden können. Das Ersetzen von einzelnen Leiterplatten mit Kabeln und Drähten durch eine integrierte Funktionalität bietet somit viele Vorteile:

•        reduzierte Formfaktorbeschränkungen – kleinere Bauform

•        reduziertes Gewicht, weil Leiterplatten, Stecker und Kabel entfallen

•        Verbesserung der elektrischen Performance durch Reduktion parasitärer Verluste

•        einfachere Montage von Elektronik, Beleuchtung, Sensoren, SMD-Komponenten

•        höhere Zuverlässigkeit durch Einbetten von Elektronik in Träger oder Gehäuse – erhöht die Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse wie Feuchtigkeit und Vibration.

Der Begriff der 3D-Elektronik steht also für die unterschiedlichen mehrdimensionalen Aufbau- und Verbindungslösungen, die sich mit verschiedenen Material- und Fertigungsverfahren umsetzen lassen. Neben den klassischen Flex- und Starrflex-Leiterplatten, wie sie bereits seit 50 Jahren zur mehrdimensionalen Integration verwendet werden, ist in den letzten Jahren eine ganze Reihe von neuen Aufbau- und Verbindungslösungen entstanden:

Grafik: unterschiedliche neue AVT-Technologien
Zur 3D-Integration in der Elektronik stehen unterschiedliche neue AVT-Technologien zur Verfügung

 

Verschiedene neue AVT-Lösungen mit 3D-Elektronik Technologien

·         IME – In Mould Elektronik

·         MID – Spritzguss mit Leiterstrukturen (Mechatronic Interconnection Device)

·         Embedded PCB – Leiterplatten mit integrierten Bauteilen

·         3D-Hybrid-Druck, Aerosol-Druck, Jet-Printing

·         FHE – Flexible Hybrid-Elektronik

·         OA – Organische Elektronik, Träger mit integrierten Sensoren oder Aktoren

·         Wearable, Stretchable Elektronik

·         funktionale Träger, z. B. die Kombination von Elektronik und Fluidtechnik oder Optik

 

Die Generative Fertigung – 3D-Druck

Besonders interessant sind die sogenannten „Generativen Herstellungsverfahren“, weil sie keine Werkzeuge benötigen und die Elektronik praktisch direkt aus dem CAD-System gefertigt werden kann.

Sensorgehäuse mit USB-Stecker, kapazitiver Sensor, LED und Antenne - hergestellt im 3D-Multimaterialdruck © GEDmbH
Sensorgehäuse mit USB-Stecker, kapazitiver Sensor, LED und Antenne – hergestellt im 3D-Multimaterialdruck ©GEDmbH
Der digitale Zwilling

Mit dem 3D-Drucker lassen sich sehr einfach Änderungen ohne neue Werkzeuge oder Variantenproduktionen mit Seriengröße 1 Stück herstellen. Hybride 3D-Drucker bieten die Möglichkeit, dielektrische Materialien (Kunststoff, Keramik) und leitfähige Materialien in einem Gerät und einem Durchlauf herzustellen. In Kombination mit SMD-Bauteilen oder Silizium-Dies lassen sich komplexe Mehrschichtaufbauten realisieren (Embedded Components).

 

3D-Elektronik benötigt individuelle eCAD-Software-Funktionalität

Viele Leiterplatten-CAD-Tools bieten heute Unterstützung für das Leiterplattendesign von Starrflex-Leiterplatten. Einige unterstützen auch bereits das Einbetteten von Bauteilen (Embedding) oder sogenannte 2,5D-Technologien.

Für den 3D-Druck oder Mechatronic Interconnection Device (MID) werden jedoch „echte“, also vollumfängliche 3D-Funktionalitäten von Mechanik und Elektronik benötigt. Bauteile müssen sich in allen Rotationen platzieren und die Anschlüsse mit Leiterbahnen verbinden lassen. Es gibt keine Lagen und Löcher können auch quer durch den Verbindungsträger geführt werden.

© Semikron

Was müssen die CAD-Tools können, wie wird das Arbeiten im 3D-Raum unterstützt?

  • kein fester Lagenbezug (endless layer, any angle traces)
  • keine Vias, direkte Verbindung (vertical fanout for µBGA or bare dies)
  • twisted pair, koaxiale Schirmungen, Harness design
  • vertikale Fläche, conductive 3D area (z. B. EMV-shielding LP-Rand)
  • 3D line/spacing, 3D DRC (z. B. min. Abstand zu Substratkontur)
  • Beschreibung von „any-angle“ holes, tunnel
  • Isolationsflächen, Berechnung von Pastenflächen
  • 3D-Abstandsregeln, Isolationsstege, 3D-Soldermask u. v. a. m.

Die interdisziplinären Aufgabenstellungen von Elektronik, Mechanik, Photonik, Robotik, Bionik, Sensorik und vieler anderer Disziplinen werden sich in der Zukunft weiter rasant verstärken. Dafür wird auch für den CAD-Entwurf eine neue Denkweise für die Konstruktionswege von „organischer Elektronik“ benötigt.

 

Interoperabilität der Systeme – Methodologisches Design – Design Thinking

Der EDA-Round Table verdeutlichte: Interoperabilität von eCAD-Tool zu mCAD-Tool, also das barrierefreie Umschalten zwischen den Tools, erweiterte Simulationsschnittstellen zur Feldsimulation direkt aus den EDA-Systemen aufrufbar, Thermo-Simulation und auch die Simulationen der deutlich komplexeren, individuellen, fertigungspezifischen Designrules – all das wird für den Entwurf von 3D-Eketronik unbedingt benötigt.

Diskutiert wurde auch, wieweit „Künstliche Intelligenz“ den Technologie-Design-Flow unterstützen oder übernehmen könnte. Aus den Erfahrungen der letzten 20 Jahre in der EDA-Branche lässt sich jedoch sagen, dass eher nur versierte und erfahrene Elektronikdesigner die Komplexität der interdisziplinären Aufgabenstellungen optimal lösen können. Allerdings könnten intelligente, regel- und technologiegetriebene Tools die Arbeit der Entwickler erheblich unterstützen.

 

Design Thinking

In der Konzeptphase ist oft gar nicht klar, welche der verschiedenen 3D-AVT-Lösungen denn überhaupt am besten geeignet ist. Wie beim „Design Thinking“-Prozess wird iterativ evaluiert, welche Lösung für die komplexe Aufgabenstellung optimal ist. Mit der Methode kann unter Abwägung von Wirtschaftlichkeit, Machbarkeit und Erwünschtheit eine überlegene Lösung entwickelt werden.

Auch hier sind Tools für die Simulationen und Verifikation zur Unterstützung für den Entwickler dringend erforderlich. Denn nicht jede 3D-Verbindungslösung lässt sich mit jeder 3D-Technologie herstellen bzw. umsetzen.

In der Diskussion wurde klar, dass alle beteiligten EDA-Hersteller in den letzten Jahren 3D-Features entwickelt haben, aber auf die Nachfrage des Marktes warten. Projekte wie das Embedding PCB Projekt “HERMES“ werden bisher oft nur in Forschungsprojekten umgesetzt. Wieweit die mehrdimensionalen Aufgabenstellungen, die der FED-Arbeitskreis 3D-Elektronik zusammengetragen hatte, von den Herstellern bereits unterstützt werden, konnte aufgrund des begrenzten Zeitrahmens in der Runde nicht erörtert werden.

 

Der Paradigmenwechsel der Digitalisierung und „More than Moore“ stellen neue, weitergehende Anforderungen an die Leiterplatte sowie an die Aufbau- und Verbindungstechnik. Die Kombination von Digital- mit Analogtechnologie, die Verbindung vom Siliziumchip zu Analog- und Hochfrequenzbauteilen, von Hochvolt- und Hochspannungsbauteilen, zu Sensoren und Aktoren stellen in den nächsten Jahren große Herausforderungen an die Entwickler und auch die EDA-Tools. Immer häufiger wird eine Integration in die dritte Dimension benötigt.

 

Heterogene Integration mit 3D-Elektronik

Im BMBF-Forschungsprojekt „FreiForm“ entwickelte GED mbH zusammen mit dem Fraunhofer Institut IZM, Schaeffler und anderen Partnern Konzepte mit verschiedenen AVT-Lösungen für einen IoT-Sensor mit freier Formgebung. Die Partner entwickelten erfolgreich drei verschiedene Technologiedemonstratoren mit unterschiedlichem Integrationsgrad. Dank der „3D-dimensionalen“ FreiForm-Lösung wurden mittels 3D-CSP-Technologie ein „IoT-Multisensor“ inklusive BLE-Antenne und Energy-Harvesting mit einer Baugröße von nur 8 x 20 mm umgesetzt.

Welche 3D-eCAD-Datenformate werden benötigt?

Für die unterschiedlichen Fertigungsverfahren, wie 3D-Druck, 3D-CSP und Hybridflex, werden Daten in den Formaten IDF, STL oder GDSII für die Produktion benötigt. Ein wichtiges Thema am Runden Tisch war daher auch die Erzeugung der unterschiedlichen 3D-Fertigungsformate. Die verschiedenen 3D-Technologien werden mit ganz unterschiedlichen Maschinen und Materialien hergestellt. Gerberdaten sind dazu nicht brauchbar. Z. B. benötigt der MID-Prozess einen Datensatz für das Gehäuse im STEP-Format und einen Datensatz für die Leiterbahnen im IDF-Format. In der Round-Table-Runde gab es unterschiedliche Meinungen, wieweit das vom IPC propagierte Format IPC2581 künftig allen unterschiedlichen 3D-Anforderungen gerecht wird. In internationalen Normgremien wie DKE und IEC beteiligt sich der Arbeitskreis 3D-Elektronik aktiv an der Definition der Designregeln und Datenformate, vertreten durch Mitglied Michael Schleicher. Darüber ist der FED auch im IPC2581-Gremium in den USA aktiv.

Das Ergebnis des EDA-Round Table lässt sich so zusammenfassen: Zur schnellen, erfolgreichen Entwicklung von komplexer 3D-Elektronik werden künftig regelbasierende, leistungsstarke CAD- und Simulationstools mit erweitertem Funktionsumfang dringend benötigt – die Hersteller sind zum Handeln aufgerufen. Die Teilnehmer erwarten von den EDA-Herstellern mehr Technologieunterstützung aus dem CAD-Tool, angefangen bei einfachen Standardregeln, wie z.B. IPC-Klassen 1/2/3 oder normierte Abstände für Spannungen und Leiterbreiten für die Leistungselektronik. Aber auch Technologieregeln für Technologien wie IME oder Embedded PCB und andere stehen auf der Wunschliste. Die Teilnehmer wünschen sich den „EDA-Round Table“ in dieser Form gerne ein- bis zweimal pro Jahr, die Hersteller sollten ihre 3D-Funktionen auch an ganz konkreten Beispielen zeigen, die sie dann am besten live präsentieren.

 

Wie die Studie vom IDtechEx zeigt, wird in den nächsten fünf Jahren eine Verdopplung des Marktes für 3D-Elektronik erwartet, bis 2030 sogar eine Verdreifachung. Der Bedarf ist da und die europäische Elektronikindustrie muss sich jetzt mit dem Thema befassen.

 

Hanno Platz

Geschäftsführer GED mbH, Leiter Arbeitskreis 3D-Elektronik, FED e.V.

 

FED e.V.  – Frankfurter Allee 73C – 10247 Berlin

www.FED.de

https://www.fed.de/verband/arbeitskreise/arbeitskreis-3d-elektronik/

 

Netzwerktreffen 3D-Elektronik: Viele Impulse für Innovationen

Am 4. Mai 2021 fand das sechste Treffen des ZIM-Netzwerks 3D-Elektronik statt (ZIM, Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand). Zunächst informierten sich die Teilnehmerinnen und Teilnehmer der digitalen Veranstaltung über Möglichkeiten, schon länger laufende Projekte fortzuführen, da sich nach knapp zweieinhalb Jahren die geförderte Laufzeit langsam dem Ende zuneigt.

Multisensorik mit KI, hybrider 3D-Druck und 3D-Packaging-Cluster

Es folgten Berichte über den Fortschritt der vier aus dem Netzwerk heraus initiierten FuE-Projekte. Derzeit ist ein weiteres Projekt als „KMU-innovativ“-Antrag zur industrielle Umsetzung der KlettWelding-AVT der NanoWired GmbH bereits in Planung.

GED präsentierte den aktuellen Stand des ZIM-Projekts KI-NO, in dem es darum geht, Multisensorsysteme mithilfe von KI (Künstliche Intelligenz) für ein großes Anwendungsspektrum nutzbar zu machen. Hierzu hat GED die Hard- und Software für die IoT-Sensorplattform  (Basis: GED-SensorNode) entwickelt und – aufgrund eines aktuellen Einsatzszenarios in einem Umformungswerkzeug – zusätzlich ein Datalogger-Modul realisiert. Die Projektpartner Fraunhofer IMS und die TU Chemnitz arbeiten an einer Software zur vorbeugenden Wartung (Predictive Maintenance) von Werkzeugmaschinen mittels KI, lauffähig direkt auf dem Mikrocontroller (On the Edge). Für den autarken Betrieb entwickelt die TU einen Linearbewegungs-Harvester, der das Multisensorsystem über die Umsetzung von Vibrationen aus der Maschine mit Energie versorgt.

GED-SensorNode – modulares IoT-Sensorsystem

  • Mikrocontroller-Modul: 32 bit ARM-Cortex M4, für sensor data preprocessing  und sensor control, Bluetooth Funk BLE 5 50-pin Sensor Bus, Plug&Play
  • Kraftmess-Modul, 24 bit
  • Motion-Modul
  • Datalogger-Modul
  • Power-Modul für Akku und Energy-Harvesting
  • Modul-Baugröße ca. 15 x 18 x 14 mm

 

Darüber hinaus standen zwei spannende Vorträge auf der Agenda: Die Hahn-Schickard-Gesellschaft stellte ihre Forschungsarbeiten im Rahmen des Projekts „Hybrider 3D-Druck“ vor. Ziel ist es, das Funktionsmuster eines kostengünstigen 3D-Multimaterialdruckers zu entwickeln. Sehr aussichtsreich ist die Möglichkeit, Leiterstrukturen mit aufgeschmolzenem Metall auf starren, flexiblen Materialien und auch auf Geweben zu erzeugen. Im Jetverfahren wird das bei über 200 Grad Celsius aufgeschmolzene Metall über eine spezielle Nozzle mit einem Druck von 1 bar aufgetragen. Leiterstrukturen ab 80 Mikrometer sind möglich und können sogar mehrere mm hoch aufgebaut werden.

Im Anschluss präsentierte das Fraunhofer ENAS das 3D-Packaging-Cluster, dass im Rahmen der Initiative „Forschungsfabrik Deutschland“ entstanden ist. Am ENAS in Chemnitz wurde eine Anlage für 3D-konforme Funktionalisierungen entwickelt. Damit ist es möglich, 3D-gedruckte Substrate oder spritzgegossene Strukturen mit unterschiedlichen Beschichtungstechniken herzustellen.  In der kombinierten Anlage ist eine Pick- and Place-Bestückungseinheit integriert, sowie CW-Laser, IR- und UV-Curing, Jetting- und Dispense-Einheiten für die unterschiedlichsten Vor- und Nachbehandlungsprozesse. Das ENAS Institut unterstützt die Industrie bei Entwicklung und Implementierung neuer 3D-AVT Lösungen.

Netzwerke verknüpft

Im zweiten Teil des Tagesprogramms erhielten die Netzwerkpartner die Möglichkeit, sich mit anderen von Jöckel Innovation Consulting betreuten Netzwerken zu verknüpfen. Durch das Zusammenbringen von Teilnehmern aus unterschiedlichsten Branchen und Kompetenzgebieten konnte der Workshop gleichermaßen innovative als auch kreative Ideen generieren und neue Synergien schaffen.

Sowohl das Netzwerktreffen selbst und die informativen Vorträge als auch der Vernetzungs-Workshop stießen auf durchweg positive Resonanz bei den Beteiligten. Eine zeitnahe weitere Veranstaltung ist daher in Planung.

Das Technologienetzwerk 3D-Elektronik wurde 2018 vom FED (Fachverband für Design, Leiterplatten- & Elektronikfertigung e. V.) initiiert.

GED gehört zu den Gründungsmitgliedern des Netzwerks.