@inproceedings{9998, abstract = {{Ultrasonic wedge/wedge-wire bonding is used to connect electrical terminals of semiconductor modules in power electronics. The wire is clamped with a tool by a normal force and ultrasonic vibration is transmitted through the wire into the interface between wire and substrate. Due to frictional processes contaminations like oxide layers are removed from the contact zone and the surface roughness is reduced, thus the real contact area is increased. In the next step of bond formation, thermomechanical forces create micro-junctions between the wire and substrate and the bond strength increases. The bond parameters like the bond normal force, the ultrasonic vibration amplitude and the geometry of the clamping tool show a high influence on the strength and reliability of the wire bond and need to be investigated in detail. Therefore, in this contribution the dynamical behaviour of the ultrasonic system, the wire and the substrate are modeled in form of substructures, which are connected by the friction contacts between tool and wire and between wire and substrate. Approaches for modelling the time variant contact behaviour, the substrate dynamics, and the model order reduction for a time efficient simulation are described to simulate the full bonding process.}}, author = {{Schemmel, Reinhard and Hemsel, Tobias and Sextro, Walter}}, booktitle = {{6th European Conference on Computational Mechanics (ECCM 6)}}, pages = {{1--12}}, title = {{{Numerical and experimental investigations in ultrasonic heavy wire bonding}}}, year = {{2018}}, } @inproceedings{9999, abstract = {{Ultrasonic wire bonding is an indispensable process in the industrial manufacturing of semiconductor devices. Copper wire is increasingly replacing the well-established aluminium wire because of its superior electrical, thermal and mechanical properties. Copper wire processes differ significantly from aluminium processes and are more sensitive to disturbances, which reduces the range of parameter values suitable for a stable process. Disturbances can be compensated by an adaption of process parameters, but finding suitable parameters manually is difficult and time-consuming. This paper presents a physical model of the ultrasonic wire bonding process including the friction contact between tool and wire. This model yields novel insights into the process. A prototype of a multi-objective optimizing bonding machine (MOBM) is presented. It uses multi-objective optimization, based on the complete process model, to automatically select the best operating point as a compromise of concurrent objectives.}}, author = {{Unger, Andreas and Hunstig, Matthias and Meyer, Tobias and Brökelmann, Michael and Sextro, Walter}}, booktitle = {{In Proceedings of IMAPS 2018 – 51st Symposium on Microelectronics, Pasadena, CA, 2018}}, keywords = {{wire bonding, multi-objective optimization, process model, copper wire, self-optimization}}, title = {{{Intelligent Production of Wire Bonds using Multi-Objective Optimization – Insights, Opportunities and Challenges}}}, doi = {{10.4071/2380-4505-2018.1.000572}}, volume = {{Vol. 2018, No. 1, pp. 000572-000577.}}, year = {{2018}}, } @phdthesis{9994, abstract = {{Reliability-adaptive systems allow an adaptation of system behavior based on current system reliability. They can extend their lifetime at the cost of lowered performance or vice versa. This can be used to adapt failure behavior according to a maintenance plan, thus increasing availability while using up system capability fully. To facilitate setup, a control algorithm independent of a degradation model is desired. A closed loop control technique for reliability based on a health index, a measure for system degradation, is introduced. It uses self-optimization as means to implement behavior adaptation. This is based on selecting the priorities of objectives that the system pursues. Possible working points are computed beforehand using model-based multiobjective optimization techniques. The controller selects the priorities of objectives and this way balances reliability and performance. As exemplary application, an automatically actuated single plate dry clutch is introduced. The entire reliability control is setup and lifetime experiments are conducted. Results show that the variance of time to failure is reduced greatly, making the failure behavior more predictable. At the same time, the desired usable lifetime can be extended at the cost of system performance to allow for changed maintenance intervals. Together, these possibilities allow for greater system usage and better planning of maintenance.}}, author = {{Meyer, Tobias}}, keywords = {{dependability, reliability, behavior adaptation, self-optimization, multiobjective optimization, optimal control, automotive drivetrain, clutch system, reliability-adaptive system}}, publisher = {{Shaker}}, title = {{{Optimization-based reliability control of mechatronic systems}}}, year = {{2018}}, } @inproceedings{9969, abstract = {{Zuverlässigkeit, Sicherheit und Verfügbarkeit gewinnen bei der Anwendung von technischen Systemen eine immer größere Bedeutung. Aus diesem Grund hat sich Condition Monitoring, die Zustandsüberwachung eines technischen Produkts, in verschiedenen Industriebranchen etabliert. Die sensorbasierte Überwachung eines Produkts während seiner Betriebsdauer in Kombination mit Condition Monitoring Methoden ermöglichen die Bestimmung des aktuellen Zustands des Produkts und somit eine Diagnose, ob das Produkt seine ihm zugeschriebene Funktion zum aktuellen Zeitpunkt erfüllt. Neben Diagnosen bietet Condition Monitoring auch die Möglichkeit Prognosen aufzustellen, dabei wird die restliche Nutzungsdauer des Produkts aufbauend auf geeigneten Sensordaten geschätzt. So kann eine intelligente Wartungsplanung umgesetzt werden, die im Gegensatz zu klassischen Ansätzen keine festen Wartungsintervalle benötigt und die Nachteile einer rein reaktiven Wartung kompensiert. Stattdessen ist es möglich ein Element bis vor das Ende seiner Lebensdauer zu nutzen und erst dann zu warten, um eine optimale Nutzung zu gewährleisten. Durch eine Bestimmung der verbleibenden Restlebensdauer während des Betriebs ist eine optimale Wartungsplanung möglich, wodurch die Verfügbarkeit und die Auslastung der überwachten Produkte signifikant gesteigert werden kann. In dieser Arbeit soll ein produktspezifisches Condition Monitoring System für Gummi-Metall-Elemente entwickelt werden. Diese Elemente werden zur Federung, Geräusch- und/oder Schwingungsisolation in vielen verschiedenen Anwendungen eingesetzt, wie bspw. in Nutz- und Schienenfahrzeugen oder Windenergieanlagen. In Industrie und Forschung werden bereits Zustandsüberwachungen von Systemen mit integrierten Gummi-Metall-Elementen eingesetzt, allerdings noch keine Condition Monitoring Systeme zur alleinigen Zustandsüberwachung dieser Elemente. Aktuell ist es üblich die Lebensdauer dieser Elemente aufbauend auf beschleunigten Lebensdauerversuchen und Erfahrungswerten abzuschätzen. Mit dem Ziel die Lebensdauer des fokussierten Produkts präziser vorherzusagen und damit eine intelligente Wartungsplanung zu ermöglichen, wird die Entwicklung eines Condition Monitoring Systems für Gummi-Metall-Elemente angestrebt und in dieser Arbeit erläutert.}}, author = {{Bender, Amelie and Kaul, Thorben and Sextro, Walter}}, booktitle = {{Verlagsschriftenreihe des Heinz Nixdorf Instituts Band 369, Paderborn, 2017}}, keywords = {{Zustandsüberwachung, Condition Monitoring, Prognose, Gummi-Metall-Elemente, Restlebensdauerschätzung}}, pages = {{347--358}}, title = {{{Entwicklung eines Condition Monitoring Systems für Gummi-Metall-Elemente}}}, year = {{2017}}, } @inproceedings{9970, abstract = {{In vielen verschiedenen Industriezweigen hat sich Condition Monitoring aufgrund seiner finanziellen und sicherheitstechnischen Vorteile bereits etabliert. Um die Verlässlichkeit und die Auslastung zu steigern, sowie um die Lebenszykluskosten zu reduzieren, steigt auch im Schienenfahrzeugbereich die Anzahl an eingesetzten Condition Monitoring Systemen. Studien zu Versagensmodi von Schienenfahrzeugen haben gezeigt, dass Versagensursachen meistens in den Radprofilen oder im Fahrwerk liegen [1]. Wird das Fahrwerk heute mittels Condition Monitoring überwacht, werden hierfür häufig Sensoren an den Wagons angebracht, um bspw. deren Schwingungen zu kontrollieren [2, 3]. In dieser Arbeit liegt der Fokus auf Gummi-Metall-Elementen (GM-Elementen) der Jörn GmbH.; als elastische Lager im Drehgestell sind diese Teil des Fahrwerks eines Schienenfahrzeugs. Mit dem Ziel die Wartungsplanung dieser Elemente zu optimieren, ist untersucht worden, ob diese Elemente einzeln mittels Condition Monitoring überwacht werden können. Die hierfür durchgeführten beschleunigten Lebensdauertests werden im nächsten Abschnitt erläutert. Anschließend werden die modellbasierten Methoden dargestellt, die aufbauend auf den im Versuch aufgezeichneten Daten eine Prognose der nutzbaren Restlebensdauer (RUL, remaining useful lifetime) der GM-Elemente aufstellen. Im letzten Abschnitt folgen eine kurze Zusammenfassung und ein Ausblick.}}, author = {{Bender, Amelie and Kimotho, James Kuria and Kohl, Sergej and Sextro, Walter and Reinke, Kai}}, booktitle = {{15. Internationale Schienenfahrzeugtagung}}, pages = {{123--125}}, title = {{{Modellbasierte Prognose der nutzbaren Restlebensdauer von Gummi-Metall-Elementen}}}, year = {{2017}}, } @inproceedings{9971, abstract = {{In der Windenergieindustrie haben die Größen Zuverlässigkeit, Sicherheit und Verfügbarkeit eine enorme Bedeutung erlangt aufgrund des Trends Windenergieanlagen zur optimalen Windausnutzung an schwer zugänglichen Positionen aufzustellen, wie bspw. Offshore. Dies führt zu erschwerten Wartungsbedingungen und damit zu höheren Kosten. Der Einsatz von Condition Monitoring hat sich in dieser Industrie etabliert, denn diese Technik ermöglicht eine Zustandsdiagnose des überwachten Systems und eine Prognose seiner nutzbaren Restlebensdauer (remaining useful life: RUL), jeweils basierend auf geeigneten Sensordaten. In dieser Arbeit wird ein Konzept für ein produktspezifisches Condition-Monitoring-System für Gummi-Metall-Elemente (GM-Elemente) vorgestellt, welches den Schwerpunkt auf die Prognose der RUL dieser Elemente setzt. In Windenergieanlagen werden zahlreiche GM-Elemente zur Geräusch- und Schwingungsisolation verwendet. Der Einsatz des hier vorgestellten produktspezifischen Condition-Monitoring-Systems kann somit einen erheblichen Beitrag zum verlässlichen Betrieb von Windenergieanlagen liefern, da die Überwachung einzelner Komponenten in die Zustandsüberwachung der gesamten Anlage integriert und dadurch der Betrieb der Anlage optimiert werden kann. In dieser Arbeit werden einige Herausforderungen diskutiert, die sich bei der Entwicklung eines Condition-Monitoring-Systems für GM-Elemente ergeben. So wird evaluiert, welche Größen sich zur Beschreibung der Alterung eines spezifischen Elements eignen und wie diese gemessen werden können. Temperaturen werden bereits in einigen technischen Systemen, wie auch in Windenergieanlagen, aufgezeichnet und ausgewertet, aber ihr Potential für die Bestimmung der RUL der überwachten Komponente ist noch nicht ausgeschöpft. Hier wird eine Lösungsmöglichkeit vorgestellt, die auf Temperatursensoren aufbaut. Als Grundlage für die Entwicklung des Condition-Monitoring-Systems wurden beschleunigte Lebensdauerversuche der GM-Elemente auf einem Versuchsstand zur Schwingungsanalyse durchgeführt. In diesen Lebensdauerversuchen wird die mechanische Alterung eines GM-Elements über einen kraftgeregelten Hydraulikzylinder erzielt. Dabei wird das Ende der Lebensdauerversuche in einem ersten Schritt über die Wegamplitude des Zylinders bestimmt. Während dieser Versuche wurden diverse Sensoren eingesetzt. Die aufgezeichneten Temperaturdaten zeigen, dass sich Temperaturmessungen eignen die Lebensdauer von GM-Elementen mittels Condition Monitoring Prognosemethoden zu schätzen.}}, author = {{Bender, Amelie and Sextro, Walter and Reinke, Kai}}, booktitle = {{VDI-Berichte 2301}}, pages = {{49--60}}, title = {{{Neuartiges Konzept zur Lebensdauerprognose von Gummi-Metall-Elementen}}}, year = {{2017}}, } @article{9972, abstract = {{The transportation of dry fine powders is an emerging technologic task, as in biotechnology, pharmaceu-tical and coatings industry the particle sizes of processed powders get smaller and smaller. Fine powdersare primarily defined by the fact that adhesive and cohesive forces outweigh the weight forces, leadingto mostly unwanted agglomeration (clumping) and adhesion to surfaces. Thereby it gets more difficult touse conventional conveyor systems (e.g. pneumatic or vibratory conveyors) for transport. A rather newmethod for transporting these fine powders is based on ultrasonic vibrations, which are used to reducefriction between powder and substrate. Within this contribution an experimental set-up consisting of apipe, a solenoid actuator for axial vibration and an annular piezoelectric actuator for the high frequencyradial vibration of the pipe is described. Since amplitudes of the radial pipe vibration should be as large aspossible to get high effects of friction reduction, the pipe is excited to vibrate in resonance. To determinethe optimum excitation frequency and actuator position the vibration modes and resonance frequenciesof the pipe are calculated and measured. Results are in good accordance.}}, author = {{Dunst, Paul and Hemsel, Tobias and Sextro, Walter}}, journal = {{elsevier}}, keywords = {{Powder transport Piezoelectrics Ultrasonics Pipe vibration Finite element simulation Fine powder}}, pages = {{733--736}}, title = {{{Analysis of pipe vibration in an ultrasonic powder transportationsystem}}}, volume = {{Sensors and Actuators A 263}}, year = {{2017}}, } @article{9973, abstract = {{In power electronics, copper connector pins are e.g. used to connect control boards with power modules. The new chip generation based on SiC and GaN technology increase the power density of semiconductor modules significantly with junction temperatures reaching 200°C. To enable reliable operation at such high temperature, the soldering of these connector pins should be substituted by a multi-dimensional copper-copper bonding technology. A copper pin welded directly on DBC substrate also simplifies the assembly. With this aim, a proper bond tool and a suitable connector pin geometry are designed. This paper presents a two-dimensional trajectory approach for ultrasonic bonding of copper pieces, e.g. connector pins, with the intention to minimize mechanical stresses exposed to the substrate. This is achieved using a multi-dimensional vibration system with multiple transducers known from flip chip bonding. Applying a planar relative motion between the bonding piece and the substrate increases the induced frictional power compared to one-dimensional excitation. The core of this work is the development of a new tool design which enables a reliable and effective transmission of the multidimensional vibration into the contact area between nail-shaped bonding piece and substrate. For this purpose, different bonding tool as well as bonding piece designs are discussed. A proper bonding tool design is selected based on the simulated alternatives. This tool is examined in bonding experiments and the results are presented. In addition, different grades of hardness for bonding piece and substrate are examined as well as different bonding parameters. Optical inspection of the bonded area shows the emergence of initial micro welds in form of a ring which is growing in direction of the interface boundaries with increasing bonding duration.}}, author = {{Eichwald, Paul and Althoff, Simon and Schemmel, Reinhard and Sextro, Walter and Unger, Andreas and Brökelmann, Michael and Hunstig, Matthias}}, journal = {{IMAPSource}}, keywords = {{International Symposium on Microelectronics}}, title = {{{Multi-dimensional Ultrasonic Copper Bonding – New Challenges for Tool Design}}}, volume = {{Vol. 2017, No. 1}}, year = {{2017}}, } @inproceedings{9974, abstract = {{The integrated modeling of behavior and reliability in system development delivers a model-based approach for reliability investigation by taking into account the dynamic system behavior as well as the system architecture at different phases of the development process. This approach features an automated synthesis of a reliability model out of a behavior model enabling for the closed loop modeling of degradation of the system and its (dynamic) behavior. The approach is integrated into the development process following Systems Engineering. It is based on standard models used in model-based development methodologies i.e. SysML or Matlab/Simulink. In addition to the theoretical description of the necessary steps the procedure is validated by an application example at two stages of the development process.}}, author = {{Hentze, Julian and Kaul, Thorben and Grässler, Iris and Sextro, Walter}}, booktitle = {{ICED17, 21st International conference on enginieering design}}, keywords = {{Design for X (DfX), Product modelling / models, Robust design, Systems Engineering (SE), Reliability}}, pages = {{385--394}}, title = {{{Integrated modeling og behavior and reliability in system development}}}, year = {{2017}}, } @article{9975, abstract = {{Piezoelectric inertia motors also known as stick-slip motors or (smooth) impact drives use the inertia of a body to drive it in small steps by means of an uninterrupted friction contact. In addition to the typical advantages of piezoelectric motors, they are especially suited for miniaturisation due to their simple structure and inherent fine-positioning capability. Originally developed for positioning in microscopy in the 1980s, they have nowadays also found application in mass-produced consumer goods. Recent research results are likely to enable more applications of piezoelectric inertia motors in the future. This contribution gives a critical overview of their historical development, functional principles, and related terminology. The most relevant aspects regarding their design i.e., friction contact, solid state actuator, and electrical excitation are discussed, including aspects of control and simulation. The article closes with an outlook on possible future developments and research perspectives.}}, author = {{Hunstig, Matthias}}, journal = {{Actuators. 2017, 6(1)-7.}}, pages = {{1--35}}, title = {{{Piezoelectric Inertia Motors—A Critical Review of History, Concepts, Design, Applications, and Perspectives.}}}, doi = {{10.3390/act6010007}}, year = {{2017}}, } @article{9976, abstract = {{State-of-the-art mechatronic systems offer inherent intelligence that enables them to autonomously adapt their behavior to current environmental conditions and to their own system state. This autonomous behavior adaptation is made possible by software in combination with complex sensor and actuator systems and by sophisticated information processing, all of which make these systems increasingly complex. This increasing complexity makes the design process a challenging task and brings new complex possibilities for operation and maintenance. However, with the risk of increased system complexity also comes the chance to adapt system behavior based on current reliability, which in turn increases reliability. The development of such an adaption strategy requires appropriate methods to evaluate reliability based on currently selected system behavior. A common approach to implement such adaptivity is to base system behavior on different working points that are obtained using multiobjective optimization. During operation, selection among these allows a changed operating strategy. To allow for multiobjective optimization, an accurate system model including system reliability is required. This model is repeatedly evaluated by the optimization algorithm. At present, modeling of system reliability and synchronization of the models of behavior and reliability is a laborious manual task and thus very error-prone. Since system behavior is crucial for system reliability, an integrated model is introduced that integrates system behavior and system reliability. The proposed approach is used to formulate reliability-related objective functions for a clutch test rig that are used to compute feasible working points using multiobjective optimization.}}, author = {{Kaul, Thorben and Meyer, Tobias and Sextro, Walter}}, journal = {{SAGE Journals}}, keywords = {{Integrated model, reliability, system behavior, Bayesian network, multiobjective optimization}}, pages = {{390 -- 399}}, title = {{{Formulation of reliability-related objective functions for design of intelligent mechatronic systems}}}, doi = {{10.1177/1748006X17709376}}, volume = {{Vol. 231(4)}}, year = {{2017}}, } @inproceedings{9978, abstract = {{Piezoelectric transducers are used in a wide range of applications. Reliability of these transducers is an important aspect in their application. Prognostics, which involve continuous monitoring of the health of technical systems and using this information to estimate the current health state and consequently predict the remaining useful lifetime (RUL), can be used to increase the reliability, safety, and availability of the transducers. This is achieved by utilizing the health state and RUL predictions to adaptively control the usage of the components or to schedule appropriate maintenance without interrupting operation. In this work, a prognostic approach utilizing self-sensing, where electric signals of a piezoelectric transducer are used as the condition monitoring data, is proposed. The approach involves training machine learning algorithms to model the degradation of the transducers through a health index and the use of the learned model to estimate the health index of similar transducers. The current health index is then used to estimate RUL of test components. The feasibility of the approach is demonstrated using piezoelectric bimorphs and the results show that the method is accurate in predicting the health index and RUL.}}, author = {{Kimotho, James Kuria and Sextro, Walter and Hemsel, Tobias}}, booktitle = {{IEEE Transactions on Reliability}}, keywords = {{Estimation of Remaining Useful Lifetime of Piezoelectric Transducers Based on Self-Sensing}}, pages = {{1 -- 10}}, title = {{{Estimation of Remaining Useful Lifetime of Piezoelectric Transducers Based on Self-Sensing}}}, doi = {{10.1109/TR.2017.2710260}}, year = {{2017}}, } @inproceedings{9982, abstract = {{ln der industriellen Fertigung werden zum Transport von Bauteilen häufig Förderketten genutzt. Obwohl die Förderketten meist nicht direkt mit den Arbeitsmedien in Berührung kommen, werden sie indirekt durch vagabundierende Stäube und Pulver, die an der geölten Kette anhaften, im Laufe der Zeit stark verschmutzt. Ein derart im Betrieb verschmutztes Kettenglied ist in Abbildung 1 dargestellt. Um die Lebensdauer der Ketten zu erhöhen und das Herunterfallen von Schmutzpartikel auf die Produkte zu vermeiden, muss die Kette regelmäßig gereinigt werden. Ziel des hier beschriebenen Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines Systems, das in der Lage ist, ein einzelnes Kettenglied in unter 60 s mittels Ultraschall zu reinigen. In [1] wurde in ersten Versuchen nachgewiesen, dass Stabschwinger in Abhängigkeit des Sonotrodenabstands zum Reinigungsobjekt und der Ultraschallamplitude eine intensive Reinigungswirkung entfalten. Das Konzept der Reinigungsanlage sieht deshalb vor, im ersten Schritt die stark verschmutzten Kettenglieder durch ein hochintensives Kavitationsfeld von direkt eingetauchten Stabschwingern vorzureinigen und anschließend schwer zugängliche Be- reiche wie Hinterschneidungen oder Bohrungen mittels konventioneller Tauchschwinger von Verschmutzungen zu befreien. Für den Stabschwinger wird die sogenannte - Sonotrode untersucht; diese wird unter anderem auch in der Sonochemie verwendet. Ein wesentliches Merkmal der Sonotrode ist eine hohe Amplitudenübersetzung bei einer gleichzeitig großen Abstrahlfläche. Neben dem Entwurf mittels der L /2 -Synthese wird die Reinigungswirkung der Sonotrode in Abhängigkeit der Ultraschallamplitude und dem Abstand zum Reinigungsobjekt in einer Versuchsreihe untersucht. Zur genaueren Betrachtung der Reinigungs- mechanismen eines Stabschwingers werden abschließend Hochgeschwindigkeitsaufnahmen vorgestellt und analysieren.}}, author = {{Schemmel, Reinhard and Hemsel, Tobias and Sextro, Walter}}, booktitle = {{43. Deutsche Jahrestagung für Akustik}}, keywords = {{wire bonding, dynamic behavior, modeling}}, pages = {{611--614}}, title = {{{MoRFUS: Mobile Reinigungseinheit für Förderketten basierend auf Ultraschall}}}, year = {{2017}}, } @inproceedings{9983, author = {{Schulze, Sebastian and Sextro, Walter and Kister, K.}}, booktitle = {{Proceedings of the 12th International Symposium on Automotive Lighting 2017}}, title = {{{Model based optimization of dynamics in adaptive headlamps}}}, year = {{2017}}, } @inproceedings{9985, abstract = {{Intelligente technische Systeme sind durch einen erhöhten Funktionsumfang charakterisiert, der diese dazu befähigt, autonom auf wechselnde Umgebungsbedingungen, Anforderungen und inhärente Systemzustände zu reagieren. Dies kann mit den Methoden der Selbstoptimie-rung erreicht werden. Hier werden mit Verfahren der Mehrzieloptimierung mögliche Betriebs-punkte des Systems bestimmt zwischen denen das System im Betrieb autonom auswählt und somit eine Verhaltensadaption erwirkt. Zur Berechnung der Betriebspunkte ist es notwendig ein Modell des Systemverhaltens aufzustellen und das Verhalten hinsichtlich verschiedener, meist konfliktärer, Ziele zu quantifizieren. Bei der Modellierung des Systemverhaltens und der Formulierung der Ziele stellt die Absiche-rung der Verlässlichkeit auf Grund der zunehmenden Systemkomplexität eine große Heraus-forderung dar, der im Entwicklungsprozess begegnet werden muss. Die Implementierung von Selbstoptimierung bietet darüber hinaus in Kombination mit einer Zustandsüberwachung im Betrieb die Möglichkeit einer zuverlässigkeitsbasierten Verhaltensanpassung, deren Potential zu einer Steigerung der Verlässlichkeit genutzt werden kann. In dieser Arbeit werden die Entwicklung intelligenter technischer Systeme und die damit ver-bundenen notwendigen Entwicklungsschritte zur Absicherung der Verlässlichkeit anhand von selbstoptimierenden Systemen betrachtet. Dazu gehören die Formulierung verlässlichkeitsre-levanter Ziele und die Implementierung einer Zustandsüberwachung als Basis für eine zuver-lässigkeitsbasierte Verhaltensanpassung. Es werden auf Grundlage einer Beschreibung der Entwicklungsschritte, Potentiale zur Steigerung der Verlässlichkeit sowie Chancen und zukünf-tige Herausforderungen herausgestellt und diskutiert.}}, author = {{Sextro, Walter and Meyer, Tobias and Kaul, Thorben and Kimotho, James Kuria}}, booktitle = {{VDI-Berichte 2307–28. Tagung Technische Zuverlässigkeit (TTZ 2017) - Entwicklung und Betrieb zuverlässiger Produkte.}}, keywords = {{intelligente Systeme}}, pages = {{17–30}}, title = {{{Entwicklung verlässlicher, intelligenter Systeme}}}, year = {{2017}}, } @phdthesis{9986, abstract = {{Das Ultraschall-Drahtbonden mit Aluminiumdraht ist aktuell ein Standardverfahren zur Kontaktierung von Leistungshalbleitermodulen. Jedoch soll die Einführung von Kupferdraht als Bondmaterial in der Zukunft zu zahlreichen Verbesserungen der Module führen. Dies ist bedingt durch die wesentlich besseren elektrischen und thermischen Eigenschaften von Kupfer gegenüber Aluminium, die dazu führen, dass z. B. eine weitere Miniaturisierung elektrischer Komponenten möglich wird. Darüber hinaus könnte insbesondere die Verlässlichkeit der Module signifikant verbessert werden. Doch bisher wurde Kupferdraht trotz seiner überlegenen physikalischen Eigenschaften im Wesentlichen nur vereinzelt eingesetzt, da der Prozess deutlich empfindlicher auf Störgrößen reagiert. Um dennoch zuverlässige Kupferbondverbindungen in Leistungshalbleitermodulen herstellen zu können, wird in dieser Arbeit ein Verfahren vorgestellt, das die Herstellung von Ultraschall-Bondverbindungen mittels modellbasierter Mehrzieloptimierung realisiert. Dazu ist umfangreiches Prozesswissen in Form eines geeigneten Modells für den Bondprozess notwendig. Das vorgestellte Modell ist in der Lage, alle notwendigen Effekte und den Einfluss wesentlicher Prozessparameter detailliert abzubilden, sodass eine anschließende Mehrzieloptimierung zur Bestimmung der pareto-optimalen Betriebspunkte und zugehörigen Prozessparameter ermöglicht wird. Die dafür notwendigen Teilmodelle und Mehrzieloptimierungen werden dargestellt und validiert. Überdies wird ein Prototyp in Form einer modifizierten Bondmaschine inklusive einer Möglichkeit zur Verhaltensanpassung aufgebaut und getestet.}}, author = {{Unger, Andreas}}, keywords = {{Drahtbondverbindungen}}, publisher = {{Universität Paderborn}}, title = {{{Modellbasierte Mehrzieloptimierung zur Herstellung von Ultraschall-Drahtbondverbindungen in Leistungshalbleitermodulen}}}, year = {{2017}}, } @phdthesis{9979, author = {{Neuhaus, Jan}}, keywords = {{Kontaktmodellierung, Rauigkeit}}, publisher = {{Shaker}}, title = {{{Multiskalen-Kontaktmodellierung unter Berücksichtigung der Rauigkeit und fluiden Zwischenschichten am Beispiel des Rad-Schiene-Kontakts}}}, year = {{2017}}, } @inproceedings{9955, abstract = {{Wire bonding has been an established packaging technology for decades. When introducing copper as wire material for high power applications, adaptations to the bonding process and to machines became necessary. Here, challenges occur due to the stiffer wire material and changing oxide layers on the contact partners. To achieve sufficient process stability, a clean bond area is required, which can only be achieved with high shear stresses in the contact partners surfaces. These necessitate high normal forces to plastically deform the wire and substrate. To achieve such high stresses in the contact area, the bonding tool needs to be able to transmit the needed tangential forces to the top side of the wire. The wire itself performs a shear movement and transmits the force into the contact area to clean the contaminant and oxide layers and to level the desired bond surfaces. The main function of the tool is to transmit these forces. If the bond tool can only transmit low forces in the direction of excitation, the parameter space for a stable bond process is severely restricted. Here, a modeling approach to estimate how well different tool shapes meet the demand of transmitting high tangential forces is presented. The model depends on wire deformation and thus on the ultrasonic softening effect.}}, author = {{Althoff, Simon and Meyer, Tobias and Unger, Andreas and Sextro, Walter and Eacock, Florian}}, booktitle = {{IEEE 66th Electronic Components and Technology Conference}}, keywords = {{finite element simulation, wire bonding, tool geometry}}, pages = {{2103--2110}}, title = {{{Shape-Dependent Transmittable Tangential Force of Wire Bond Tools}}}, doi = {{10.1109/ECTC.2016.234}}, year = {{2016}}, } @article{9957, abstract = {{Leistungshalbleitermodule werden leistungsfähiger, effizienter, kompakter und haltbarer Ziel dieses Innovationsprojekts des Spitzenclusters „it’s OWL – Intelligente Technische Systeme OstWestfalen-Lippe“ ist die Entwicklung von selbstoptimierenden Verfahren, um unter variablen Produktionsbedingungen zuverlässige Kupferbondverbindungen herstellen zu können. Die Ultraschall-Drahtbondmaschine erhält die Fähigkeit, sich automatisch an veränderte Bedingungen anzupassen. Hierzu wird der gesamte Prozess der Ultraschall-Verbindungsbildung modelliert und neueste Verfahren der Selbstoptimierung angewandt. Die Evaluierung erfolgt anhand eines Prototypen in Form einer modifizierten Bondmaschine. Intelligent production of heavy copper wire bonds It is the aim of this innovation-project to develop a self-optimization system for ultrasonic copper wire bonding. It is part of the leading edge cluster “it’s OWL”. The bonding machine will be able to react autonomously to changing boundary conditions to ensure constant and reliable bonding results. For this, the hole bonding process is modeled in great detail and newest self-optimization techniques are utilized. A prototype-system incorporated in a serial machine is used for evaluation.}}, author = {{Brökelmann, Michael and Unger, Andreas and Meyer, Tobias and Althoff, Simon and Sextro, Walter and Hunstig, Matthias and Biermann, Florian and Guth, Karsten}}, journal = {{wt-online}}, pages = {{512--519}}, title = {{{Kupferbondverbindungen intelligent herstellen}}}, volume = {{7/8}}, year = {{2016}}, } @inproceedings{9958, abstract = {{The transportation of dry fine powders is an emerging technologic task, as in biotechnology, pharmaceutical or coatings industry particle sizes of processed powders are getting smaller and smaller. Fine powders are primarily defined by the fact that adhesive and cohesive forces outweigh the weight forces. This leads to mostly unwanted agglomeration (clumping) and adhesion to surfaces, what makes it more difficult to use conventional conveyor systems (e. g. pneumatic or vibratory conveyors) for transport. A rather new method for transporting these fine powders is based on ultrasonic vibrations, which are used to reduce friction and adhesion between powder and the substrate. One very effective set-up consists of a pipe, which vibrates harmoniously in axial direction at low frequency combined with a pulsed radial high frequency vibration. The high frequency vibration accelerates the particles perpendicular to the surface of the pipe, which in average leads to lower normal and thereby smaller friction force. With coordinated friction manipulation the powder acceleration can be varied so that the powder may be greatly accelerated and only slightly decelerated in each excitation period of the low frequency axial vibration of the pipe. The amount of powder flow is adjustable by vibration amplitudes, frequencies, and pulse rate, which makes the device versatile for comparable high volume and fine dosing using one setup. Within this contribution an experimental set-up consisting of a pipe, a solenoid actuator for axial vibration and a piezoelectric actuator for the radial high frequency vibration is described. An analytical model is shown, that simulates the powder velocity. Finally, simulation results are validated by experimental data for different driving parameters such as amplitude of low frequency vibration, pipe material and inclination angle.}}, author = {{Dunst, Paul and Sextro, Walter and Bornmann, Peter and Hemsel, Tobias and Littmann, Walter}}, booktitle = {{PAMM Proc. Appl. Math. Mech. 16}}, pages = {{635--636}}, title = {{{Transportation of dry fine powders by coordinated friction manipulation}}}, doi = {{10.1002/pamm.201610306}}, year = {{2016}}, }