Ul­tra­schall­sys­te­me und -pro­zes­se

Ultraschall wird heute in verschiedensten Gebieten der Technik eingesetzt. Unser Fokus liegt derzeit im Bereich des Leistungsultraschalls in der Aktorik. Hochfrequente mechanische Schwingbewegungen mit geringer Amplitude (< 100 µm) und hoher Frequenz (> 20 kHz) erzeugen große Geschwindigkeiten, Schalldrücke und Beschleunigungen, die auf verschiedene Fluide und Festkörper übertragen und häufig kaum durch andere Technologien erzielt werden können. Anwendungen wie die Reinigung, die Bearbeitung und das Bonden sind bereits seit Jahrzehnten im industriellen Einsatz. Dennoch besteht Forschungsbedarf, da viele der bekannten Prozesse auf Basis vorhandener Ultraschallsysteme empirisch entwickelt wurden. Mit modernen Modellen, Berechnungsmethoden und weiterentwickelten Ansteuertechnologien können Effizienz und Leistungsfähigkeit gesteigert und damit optimierte Systeme gebaut und neue Anwendungen erschlossen werden.

Veröffentlichungen des Lehrstuhls zu diesem Forschungsbereich finden Sie hier.

Ak­tu­el­le Pro­jek­te

Geo­me­trie­op­ti­mie­rung von Bond­werk­zeu­gen

Das Bondwerkzeug, oft auch als Bonding Tool bezeichnet, dient beim Ultraschall-Drahtbonden zur Übertragung der Schwingbewegung auf den Draht. Die Spitze von Bondwerkzeugen ist in der Regel so gestaltet, dass der Draht seitlich geführt wird.

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Nicht­li­ne­a­re Ei­gen­schaf­ten von Pi­e­zo­ke­ra­mi­ken

In der DFG-Forschungsgruppe "NEPTUN" befassen wir uns gemeinsam mit dem EMT mit der Vermessung des thermopiezoelektrischen Materialverhaltens im Ultraschallbereich.

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Ul­tra­schall-Dick­draht­bon­den

Das Ultraschall-Dickdrahtbonden ist eine vielfältig in der Halbleiterindustrie eingesetzte Verbindungstechnik. Hierbei werden Drähte mit einem Durchmesser von 75 μm bis 600 μm genutzt, um z. B. die IGBT-Chips in Hochleistungsmodulen zu verbinden.

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Un­ter­grund­dy­na­mik beim Ul­tra­schall-Schwei­ßen

Der Prozess des Ultraschallschweißens nimmt neben dem Ultraschall-Drahtbonden eine wichtige Rolle in der Leistungshalbleiterelektronik ein. Vor allem die Anschlussverbindungen (sog. Steuer- und Laststromabnahmen) eines Leistungsmoduls werden mithilfe dieses Verfahrens auf dem Substrat verschweißt.

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Ab­ge­schlos­se­ne Pro­jek­te

Ex­pe­ri­men­tel­le Un­ter­su­chung des Ul­tra­schall-Draht­bon­dens

Die experimentelle Schwingungs- und Modalanalyse ist ein wichtiges Instrument, um den Einfluss von Untergrundschwingungen auf die Bondqualität während des Bondens zu untersuchen.

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Hoch­in­ten­si­ver Luf­tul­tra­schall

Hochintensiver Luftultraschall findet in unterschiedlichen technischen Bereichen Anwendung, z. B. beim Zerstäuben von Flüssigkeiten.

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Hoch­leis­tungs­bon­den

Die steigende Stromdichte in zukünftigen Leistungshalbleiterchips erfordert eine Erhöhung des elektrischen Leitungsquerschnitts innerhalb von Leistungsmodulen. Das elektrische Kontaktieren der Chips erfolgt durch das sogenannte „Ultraschalldrahtbonden“.

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In­tel­li­gen­tes Kup­fer­bon­den

Das Innovationsprojekt „Intelligente Herstellung zuverlässiger Kupferbondverbindungen“ im Spitzencluster it’s OWL zielte darauf, intelligente Verfahren und Systeme zu entwickeln, die auch unter variablen Produktionsbedingungen eine zuverlässige Massenfertigung von Kupferbondverbindungen sicherstellen.

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Ka­vi­ta­ti­ons­ba­sier­te Pro­zes­se

ltrazusätschall wird zur Effizienzsteigerung in verfahrenstechnischen Prozessen eingesetzt.

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Mehr­di­men­si­o­na­les Ul­tra­schall-Draht­bon­den

Das Ultraschall-Drahtbonden ist seit Jahrzenten als wichtiges Kontaktierungsverfahren in der Mikroelektronik und Halbleiterindustrie etabliert. In der aktuellen Thematik der Energiewende stehen das Gewicht, die Kompaktheit und die Leistungsfähigkeit von Elektronikbauteilen beispielsweise in der Automobilindustrie im Fokus der Entwicklungen.

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Mo­del­lie­rung des Ul­tra­schall-Draht­bond­pro­zes­ses

Durch den teils sehr hohen Zeitaufwand und die damit verbundenen Kosten für die experimentelle Optimierung des Drahtbondprozesses ist die Simulation als Entwicklungstool bei der Auslegung neuer Drahtbondprozesse eine wichtige Komponente.

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Pi­e­zo­elek­tri­scher Ener­gy Ha­r­ves­ter

Im Rahmen seiner Dissertation hat sich Herr Dr.-Ing. Waleed al Ashtari mit der modellbasierten Erweiterung eines autonomen Systems um einen piezoelektrischen „Energy Harvester“ befasst. Dieser wandelt Schwingungsenergie aus der Umgebung in nützliche elektrische Energie.

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Pi­e­zo­elek­tri­sche Mo­to­ren

Piezoelektrische Elemente bieten recht hohe Kräfte, aber ihr Hub ist stark begrenzt. Durch die Addition von Einzelschritten können auch kontinuierliche rotatorische und größere translatorische Bewegungen erzielt werden. Im Folgenden werden verschiedene Mechanismen dazu vorgestellt.

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Pi­e­zo­elek­tri­sche Träg­heits­mo­to­ren

Piezoelektrische Trägheitsmotoren nutzen die Trägheit einer bewegten Masse, um diese über einen ununterbrochenen Reibkontakt schrittweise zu bewegen. Wegen ihres einfachen Aufbaus und ihrer guten Miniaturisierbarkeit werden diese Motoren zunehmend in Konsumgütern eingesetzt.

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Pul­ver­ma­ni­pu­la­tor

Gegenstand dieses ZIM-geförderten Projekts (KF2363847WO4), das gemeinsam mit der Athena Technologie Beratung GmbH durchgeführt wurde, war die Entwicklung eines modular aufgebauten Gesamtkonzepts für einen Feinpulver-Manipulator.

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Ul­tra­schall-Di­sper­gie­rung

Gegenstand dieses ZIM-geförderten Projekts (ZF40329l8JA7), das gemeinsam mit der Athena Technologie Beratung GmbH durchgeführt wurde, war die Entwicklung eines intelligenten, modularen, ultraschallbasierten Dispergiersystems für Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Eigenschaften.

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Ul­tra­schall-Pul­ver­trans­port

Der Transport von Feinstpulvern mit Partikelgrößen von wenigen Mikrometern ist eine technologische Herausforderung. Aufgrund der Adhäsionskräfte von Feinstpulvern versagen gängige Transportmechanismen wie zum Beispiel Vibrationsförderer.

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Ul­tra­schall-Rei­ni­gung

Ultraschallreinigungsbäder werden vielfach in der industriellen Produktion für die Reinigung und Entfettung metallischer Bauteile eingesetzt und sind auch für den Privatgebrauch zur Reinigung von Schmuck und Brillen verfügbar.

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Dr.-Ing. Tobias Hemsel

Lehrstuhl für Dynamik und Mechatronik (LDM)

Oberingenieur, Teamleiter "Ultraschallsysteme und -prozesse"

E-Mail schreiben +49 5251 60-1805