Fertigung und Performance keramischer Multilayer-Induktivitäten
Quelle: BAM
In dieser Studie werden Konzepte zur Digitalisierung in der Werkstoffforschung mit der konkreten Material- und Bauteilentwicklung für integrierte Multilayer-Induktivitäten verknüpft. Ein wichtiger Aspekt bei der Entwicklung miniaturisierter, integrierter Induktivitäten in keramischer Mehrlagentechnik ist die magnetische Permeabilität des magnetisch aktiven Ferrits. In keramischer Mehrlagentechnik werden mikroelektronische Bauteile, sogenannte keramische Multilayer, durch die Kombination einzeln strukturierter und metallisierter Folien realisiert. Der keramische Brand aller kombinierten Materialien erfolgt in einem Schritt als sogenanntes Co-Firing. In dieser Studie werden die Auswirkungen verschiedener Verarbeitungsschritte der keramischen Folien- und Mehrlagentechnologie auf die magnetische Permeabilität von NiCuZn-Ferriten untersucht und die Herstellung integrierter Multilayer-Induktivität demonstriert. Trockengepresste, foliengegossene und co-gesinterte Ferritproben werden analysiert und ihre Eigenschaften mit der Performance der Multilayer-Bauteile korreliert. Eine automatisierte Datenpipeline wird implementiert und eingesetzt, um die erfassten experimentellen Daten gemäß einer Domänenontologie semantisch zu verknüpfen. Die Domänenontologie basiert auf der Core-Ontology der Plattform MaterialDigital. Beispielhafte Abfragen an die Ontologie zeigen, wie die ermittelten Prozess-Eigenschafts-Korrelationen für Nicht-Experten zugänglich sind und somit geeignete Materialdaten für die Bauteilauslegung identifiziert werden können. Es wird gezeigt, wie die Induktivität von co-gesinterten Multilayer-Induktivitäten durch Finite-Elemente Simulationen zuverlässig vorhergesagt werden kann, wenn die Materialdaten entsprechend der genutzten Herstellungstechnologie korrekt ausgewählt werden.
Ontologiebasierte Erfassung, Veredelung und Nutzung von Daten bei der Entwicklung keramischen Multilayer-Induktivitäten
Björn Mieller, Sahar Ben Hassine, Jörg Töpfer, Christoph Priese, Arne Bochmann, Beate Capraro, Sebastian Stark, Uwe Partsch, Carina Fresemann
Advanced Engineering Materials, 2024