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In der Elektronik muss auch der Kunststoff funktionieren

Elektronische Bauteile sind aus vielen verschiedenen Materialien zusammengesetzt. Damit die Bauteile zuverlässig funktionieren, müssen diese Materialien möglichst perfekt aufeinander abgestimmt sein. Wie man das weiter optimieren kann, wird am Polymer Competence Center Leoben PCCL erforscht.

Vom Volumen her bilden Polymere den größten Anteil in elektronischen Bauteilen. Sie dienen als Isolatoren als Basis von Leiterplatten, finden aber auch für viele andere Zwecke Anwendung. Das mechanische und und Wärmeverhalten von Polymeren weicht aber von dem der in den Bauteilen verwendeten Metallen ab.

„Mit diesem Problembereich befassen wir uns am PCCL“, sagt Peter Fuchs, Division Manager Simulation and Modeling und Head of Research Group Simulation Strategies for Polymer and Polymer Composite Designs am K1-Kompetenzzentrum. „Es gibt Strategien, um die Polymere entsprechend zu optimieren. Das funktioniert zum Beispiel über Füllstoffe oder eine Verstärkung mit Glasfasern.“ Die Anforderungen werden heute über Simulationen ermittelt. Fuchs: „Das spart den kosten- und zeitaufwendigen Bau von Prototypen. Wir fangen mit einem Chip an und arbeiten uns bis zum fertigen Bauteil vor.“ Das Ziel, so der Wissenschaftler, ist die Herstellung langlebiger, stabiler und zuverlässiger Bauteile. Auch Reparaturen sollen durch die Wahl der Materialien einfacher werden. „Der Trend zur Modularisierung der Bauteile kommt uns da entgegen.“ Zusätzlich angetrieben wird die Entwicklung von der EU-Initiative „Recht auf Reparatur“. „Es geht in Richtung einer vernünftigen Handhabung von Ressourcen“, ist Fuchs überzeugt.

Im Zuge der Simulationen fällt, so der PCCL-Wissenschaftler, „eine wahre Flut von Daten an“. Deshalb wird maschinelles Lernen eingesetzt, um die Daten besser interpretieren zu können. Und: „Heute werden kaum noch Teile verbaut, die nicht vorher simuliert wurden.“

Polymere gehen übrigens in eine Vielzahl von Bereichen: Mobilität und Health sind nur zwei Beispiele. Auch hier – abseits von elektronischen Bauteilen – sind Simulationen von Bedeutung. „Bei Prothesen kann man über eine Metastruktur die Materialsteifigkeit bewusst adaptieren um einen besseren Tragekomfort zu erzielen.“ Ein eigenes Gebiet ist die Leistungselektronik, über die für alle elektronischen Geräte die Energie bereitgestellt wird. Dort gilt es starke Ströme zu berücksichtigen, die das Material aufheizen. „Polymere spielen fast überall eine tragende Rolle, sie führen aber ein bisschen ein Schattendasein“, bedauert Fuchs.

Eine besondere Rolle kommt dem PCCL als Koordinator beim EU-Projekt MIRELAI zu: Zusammen mit 21 europäischen Partnern aus Schlüsselindustrien und Wissenschaft wird die nächste Generation von Ingenieuren für die kommenden elektronischen Bauteile ausgebildet. Das im Rahmen von Horizon Europe – dem größten transnationalen Forschungsförderungsprogramm der Welt, das insgesamt mit mehr als 90 Milliarden Euro dotiert ist – unterstützte MIRELAI-Projekt stützt sich auf drei Säulen: 1) Physik der Degradation, 2) Multi-Skalen-Modellierung und 3) KI-basierte Zuverlässigkeit. Der Fokus liegt auf der Ausbildung von 13 Doktoratsstudenten, die helfen sollen, die Testreihen für elektronische Bauteile zu reduzieren und sie leichter reparabel zu machen. Drei der Studenten sind am PCCL tätig.

MIRELAI ist erst Anfang Oktober gestartet. Das Projekt ist auf vier Jahre anberaumt.

Mehr Informationen:
www.pccl.at

Foto: Peter Fuchs vom PCCL

Fotocredit: PCCL

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