@phdthesis{41971, abstract = {{Ultraschall-Drahtbonden ist eine Standardtechnologie im Bereich der Aufbau- und Verbindungstechnik von Leistungshalbleitermodulen. Um Prozessschritte und damit wertvolle Zeit zu sparen, sollen die Kupferdickdrähte für die Leistungshalbleiter auch für die Kontaktierung von eingespritzten Anschlusssteckern im Modulrahmen verwendet werden. Das Kontaktierungsverfahren mit diesen Drähten auf Steckern in dünnwandigen Kunststoffrahmen führt häufig zu unzureichender Bondqualität. In dieser Arbeit wird das Bonden von Anschlusssteckern experimentell und anhand von Simulationen untersucht, um die Prozessstabilität zu steigern. Zunächst wurden Experimente auf Untergründen mit hoher Steifigkeit durchgeführt, um Störgrößen von Untergrundeigenschaften zu verringern. Die gewonnenen Erkenntnisse erlaubten die Entwicklung eines Simulationsmodells für die Vorhersage der Bondqualität. Dieses basiert auf einer flächenaufgelösten Reibarbeitsbestimmung im Fügebereich unter Berücksichtigung des Ultraschallerweichungseffektes und der hierdurch entstehenden hohen Drahtverformung. Experimente an den Anschlusssteckern im Modulrahmen zeigten eine verringerte Relativverschiebung zwischen Draht und Stecker, was zu einer deutlichen Verringerung der Reibarbeit führt. Außerdem wurden verminderte Schwingamplituden des Bondwerkzeugs nachgewiesen. Dies führt zu einer weiteren Reduktion der Reibarbeit. Beide Effekte wurden mithilfe eines Mehrmassenschwingers modelliert. Die gewonnenen Erkenntnisse und die erstellten Simulationsmodelle ermöglichen die Entwicklung von Klemmvorrichtungen, welche die identifizierten Störgrößen gezielt kompensieren und so ein verlässliches Bonden der Anschlussstecker im gleichen Prozessschritt ermöglichen, in dem auch die Leistungshalbleiter kontaktiert werden.}}, author = {{Althoff, Simon}}, isbn = {{978-3-8440-8903-5}}, keywords = {{heavy copper bonding, wire bonding, quality prediction, friction model, point-contact-element}}, pages = {{192}}, publisher = {{Shaker}}, title = {{{Predicting the Bond Quality of Heavy Copper Wire Bonds using a Friction Model Approach}}}, volume = {{15}}, year = {{2023}}, } @phdthesis{41970, abstract = {{Der Transport feiner Pulver mit in der Regel sehr hohen adhäsiven und kohäsiven Eigenschaften stellt für viele konventionelle Transportsysteme eine große Herausforderung dar. Durch die Anwendung von Ultraschallschwingungen können insbesondere die hohen adhäsiven Kontaktkräfte und damit auch die Reibungseigenschaften manipuliert werden. Ein neu entwickeltes Pulvertransportsystem nutzt Ultraschallschwingungen, um die effektiven Tangentialkräfte im Pulver-Rohrkontakt zu reduzieren. Durch den koordinierten Einsatz von Ultraschallpulsen während einer niederfrequenten harmonischen Axialschwingung des Transportrohres wird ein kontinuierlicher Pulvertransport ermöglicht. Nach einer Einführung in die Grundlagen der Reibung und Reibungsmanipulation von Festkörpern und Pulvern sowie der Charakterisierung von Pulvern wird das Pulvertransportsystem auf Basis der Reibungsmanipulation inklusive der Leistungselektronik und der Ansteuerungshardware vorgestellt. Eine Sensitivitätsanalyse zeigt, dass die Anregungsparameter des Pulvertransportsystems ein großes Optimierungspotential aufweisen. Es wird ein effizientes, modulares Modell des Pulvertransportsystems vorgestellt, welches neben dem eigentlichen Modell des Transportprozesses ein Modell der Rohrschwingung und ein kennlinienbasiertes Modell des Pulver-Rohrkontakts beinhaltet. Mithilfe des Modells des Pulvertransportsystems werden Anregungsparameter hinsichtlich Amplituden und Frequenzen der auftretenden Schwingungen sowie der Schaltzeiten des Ultraschallpulses optimiert. }}, author = {{Dunst, Paul}}, isbn = {{ 978-3-8440-8899-1}}, keywords = {{Ultraschall, Pulvertransport, Modellierung, Optimierung, Reibung, Adhäsion, Kohäsion, Reibungsmanipulation}}, pages = {{150}}, publisher = {{Shaker}}, title = {{{Modellierung und Optimierung reibungsbasierter Ultraschall-Pulvertransportprozesse}}}, volume = {{14}}, year = {{2023}}, } @phdthesis{34272, abstract = {{Das Ultraschall-Dickdrahtbonden mit Aluminiumdraht ist ein Standardverfahren zur elektrischenKontaktierung von Leistungshalbleitermodulen. Die steigenden Anforderungen an die Effizienzund Zuverlässigkeit der Module haben zu technologischen Weiterentwicklungen geführt und eswerden vermehrt Kupferdrähte mit wesentlich besseren elektrischen und thermischen Eigenschafteneingesetzt. Hieraus resultieren durch höhere Prozesskräfte und Ultraschallleistung neueHerausforderungen bei der Prozessentwicklung; hierfür wird ein Simulationsmodell zur Verbesserungder Prozessentwicklung entwickelt.In Ultraschall-Drahtbondversuchen mit 400 m Aluminium und Kupfer Drähten wurde der Einflussder Prozessparameter auf die Bondqualität untersucht; diese Ergebnisse und zusätzliche Messungender Drahtdeformation und Schwingungen wurden für die Formulierung der Anforderungenund zur Validierung der Ergebnisse des Simulationsmodells genutzt.Es wurde ein Prozessmodell, basierend auf einer Co-Simulation zwischen MATLAB und ANSYS,entwickelt; hierbei wurden die phyiskalischen Phänomene wie die Ultraschall Werkstoffentfestigung,der Verbindungsaufbau und die dynamischen Systemeigenschaften abgebildet.Basierend auf einer Zug-Druck-Prüfmaschine wurde ein Prüfstand zur Identifikation der Modellparameterentwickelt. In zusätzlichen Druckversuchen mit den Bonddrähten mit und ohneUltraschallanregung wurde die Reduktion der Umformkräfte unter Ultraschalleinfluss untersucht.Mit dem entwickelten Prozessmodell wurden die Parameterstudien aus den Ultraschall-Drahtbondversuchensimuliert und direkt mit den experimentellen Ergebnissen verglichen, wobei sich einerelativ gute Übereinstimmung zwischen Simulation und Messung sowohl für Aluminium, als auchfür Kupfer, erzielen ließ.}}, author = {{Schemmel, Reinhard}}, isbn = {{ 978-3-8440-8527-3}}, pages = {{174}}, publisher = {{Shaker}}, title = {{{Enhanced process development by simulation of ultrasonic heavy wire bonding}}}, doi = {{10.17619/UNIPB/1-1280}}, volume = {{13}}, year = {{2022}}, } @phdthesis{34274, author = {{Eichwald, Paul}}, isbn = {{ 978-3-8440-7812-1}}, pages = {{144}}, publisher = {{Shaker}}, title = {{{Prozessgerechte Gestaltung von Werkzeugen auf Basis von Verschleißsimulationen am Beispiel des Ultraschallbondens}}}, volume = {{11}}, year = {{2021}}, } @phdthesis{21630, abstract = {{Eine zustandsbasierte Instandhaltungsstrategie reduziert das Risiko eines Ausfalls eines technischen Systems bei gleichzeitig hoher Ausnutzung und planbaren Instandhaltungsmaßnahmen. Das Ziel dieser Arbeit liegt in der Entwicklung einer Zustandsüberwachung für Gummi-Metall-Elemente. Die Herausforderungen dieser Zustandsüberwachung leiten sich aus dem viskoelastischen Verhalten sowie dem komplexen Degradationsverhalten der Elemente ab. Infolge der daraus resultierenden Unsicherheiten werden die Elemente heutzutage präventiv instandgehalten. In Lebensdauerversuchen der Gummi-Metall-Elemente werden drei Messgrößen detektiert. Dabei wird mit der Temperatur eine Messgröße identifiziert, die am geeignetsten zur Beschreibung des Zustands der Elemente ist. Generell wird die Genauigkeit einer Zustandsüberwachung durch verschiedene Unsicherheiten beeinflusst. Für die Prognose der nutzbaren Restlebensdauer der Gummi-Metall-Elemente wird das Partikelfilter, eine verbreitete modellbasierte Methode zur Zustandsüberwachung technischer Systeme, weiterentwickelt, um Unsicherheiten im Verhalten und der Degradation der Elemente zu berücksichtigen. Anhand der Ergebnisse wird belegt, dass aufbauend auf dieser Zustandsüberwachung die Ausnutzung der Gummi-Metall-Elemente in realen Anwendungen durch eine präventive Instandhaltung erhöht werden kann. Damit bildet diese Arbeit die Basis für zukünftige, prädiktive Instandhaltungskonzepte für diese Elemente. Weiterhin bestätigt die Arbeit, dass eine Berücksichtigung vorliegender Unsicherheiten zu einem frühen Zeitpunkt im Entwicklungsprozess des Zustandsüberwachungssystems empfehlenswert ist.}}, author = {{Bender, Amelie}}, keywords = {{Zustandsüberwachung, Prognose der Restlebensdauer, modellbasierte Prognose, Partikelfilter, Unsicherheiten, Gummi, Verlässlichkeit, Lebensdauerversuche, Predictive Maintenance}}, publisher = {{Shaker}}, title = {{{Zustandsüberwachung zur Prognose der Restlebensdauer von Gummi-Metall-Elementen unter Berücksichtigung systembasierter Unsicherheiten}}}, doi = {{10.17619/UNIPB/1-1084}}, year = {{2021}}, } @phdthesis{41964, abstract = {{Die digitale Transformation prägt die Entwicklung intelligenter technischer Systeme, welche durch Vernetzung und inhärente Intelligenz einen weiten Funktionsumfang aufweisen. Selbstoptimierende Systeme sind als Stellvertreter der Klasse intelligenter Systeme durch die autonome zielkonforme Adaption des Systemverhaltens charakterisiert. Dabei stellen mechatronische Systeme eine der Grundlagen dieser Systemklasse dar, indem die Umwelt- und Betriebsbedingungen sowie die Systemzustände sensorisch erfasst und das dynamische Systemverhalten zielgerichtet beeinflusst werden. Der große Funktionsumfang intelligenter technischer Systeme geht mit einer Zunahme der Systemkomplexität einher, die eine Herausforderung bei der Absicherung der Verlässlichkeit darstellt. Dem gegenüber bieten insbesondere selbstoptimierende Systeme Potenziale zur Steigerung der Verlässlichkeit. Die Umsetzung entsprechender Maßnahmen erfordert die Unterstützung des Entwicklungsprozesses durch geeignete Methoden. Die Beherrschung der zunehmenden Systemkomplexität ist durch die Verwendung vorhandener Modelle des Entwicklungsprozesses möglich, wird aber in aktuellen Methoden nicht umfänglich genutzt. Das Ziel ist die Absicherung der Verlässlichkeit bereits in frühen Entwicklungsphasen bis hin in späte Lebenszyklusphasen. Es wird eine Methode für die integrierte Modellierung der Zuverlässigkeit, als zentrale Kenngröße der Verlässlichkeit, und des dynamischen Systemverhaltens entwickelt. Anhand von drei Anwendungsbeispielen wird gezeigt, dass diese Methode die Entwicklung von Maßnahmen zur Steigerung der Verlässlichkeit in selbstoptimierenden Systemen ermöglicht, auf komplexe Systeme anwendbar ist und die Absicherung der Verlässlichkeit während des Betriebs mit Hilfe eines Digitalen Zwillings unterstützt.}}, author = {{Kaul, Thorben}}, isbn = {{978-3-8440-7450-5}}, keywords = {{Integrierte Modellierung, geschlossene Modellierung, mechatronische Systeme, intelligente Systeme, Zuverlässigkeit, Dynamische Bayes’sche Netze, Verlässlichkeit, Systemzuverlässigkeit, Digitaler Zwilling, selbstoptimierende Systeme, Mehrzieloptimierung}}, pages = {{156}}, publisher = {{Shaker}}, title = {{{Integrierte Modellierung von Zuverlässigkeit und dynamischem Verhalten mechatronischer Systeme}}}, doi = {{10.17619/UNIPB/1-966}}, volume = {{10}}, year = {{2020}}, }