Home | english  | Impressum | Sitemap | KIT
Boris_Matuschka

Dipl.-Ing. Boris Matuschka

Akad. Mitarbeiter
Bereich: Fertigungs- und Werkstofftechnik
Sprechstunden: nach Vereinbarung
Raum: 202, Geb. 30.48
Tel.: +49 721 608-47350
Fax: +49 721 608-45004
Boris MatuschkaJee2∂kit edu

Campus Süd



Dipl.-Ing. Boris Matuschka

Forschungs- und Arbeitsgebiete:

Mikro-Funkenerosion:

  • 5 – Achs Bahnerosion
  • Senkerosion
  • Drahterosion

Generative Verfahren:

  • Selektives Laserschmelzen
  • Freiformen (Arburg)
  • Verfahrenskombinationen

Energieeffizienz in der Fertigung:

  • Prozesskettenbewertung
  • Effiziente Zerspanungsprozesse
  • Wärmebehandlung

Veröffentlichungen

[ 1 ] Matuschka, B.; Ruhs, C. & Schulze, V. (2013), „Qualitätssicherung in der Mikrofunkenerosion“. Kolloquium Mikroproduktion, Hrsg. Rainer Tutsch (Hrsg.), S. 14.
Abstract:
Die Qualitätssicherung von Bauteilen in der Mikroproduktion stellt hohe Anforderungen an die eingesetzte Messtechnik dar, da diese über eine sehr hohe Genauigkeit verfügen müssen, um die gefertigten Mikrostrukturen vermessen zu können. Bei der Mikrofunkenerosion ist die Rauheit der Oberfläche ein Indiz für die Qualität der verwendeten Erosionsparameter. Unter Zuhilfenahme der Oberflächenbeschaffenheit, welche ein Bewertungskriterium der verwendeten Erosionsparameter darstellt, wird die gefertigte Geometrie mit einem konfokalen Weißlichtsensor während der Bearbeitung periodisch überprüft und die Erosionsparameter ggf. angepasst. Ziel ist es, eine möglichst genaue Mikrogeometrie gemäß den Vorgaben zu fertigen und diese im laufenden Prozess durch eine automatische Vermessung zu validieren.

[ 2 ] Matuschka, B.; Schulze, V.; Rohde, M. & Seifert, H. (2015), „Leiterbahnen zur Versorgung von Leistungselektronik auf Spritzgegossenen, keramischen Grundkörpern“. MikroSystemTechnik Kongress, Hrsg. GMM - VDE/VDI-Gesellschaft Mikroelektronik, S. 242-245.
Abstract:
Steigende Anforderungen an die Abmaße von Bauteilen aus der Automobilindustrie oder der Medizintechnik stellen die Verfahren der MID und 3D-MID Technik vor neue Herausforderungen. Um den Bauraum von elektronischen Komponenten mit mechanisch belastbaren Teilen zusammenzulegen, sind spritzgegossene Schaltungsträger eine wirksame Möglichkeit den Bauraum für die Komponenten zu vereinen. Die elektronischen Bauteile werden hierbei innerhalb der mechanisch belastbaren Strukturen untergebracht und verkapselt. Dies schützt die elektronischen Bauteile einerseits vor chemischen und thermischen Einflüssen, andererseits vor mechanischen Beschädigungen. Einen limitierenden Faktor stellt hierbei die Verbindungstechnik dar. Die Bauteile werden bisher mit Leiterplatten, Steckverbindern und Leadframes miteinander verbunden. Diese konventionelle Bauweise erlaubt allerdings einerseits nur bedingt den Einsatz von Leistungselektronik aufgrund von limitierten Leiterbahnquerschnitten und andererseits keine mechanisch und thermisch belastbaren Grundkörper, die den Bauraum von mechanischer Komponente und Elektronik vereinen. Diese Einschränkung wurde untersucht und ein möglicher Lösungsansatz dafür entwickelt. Als mechanisch belastbarer Grundkörper kommt eine Keramikstruktur, hergestellt durch Ceramic Injection Molding (CIM) zum Einsatz, welcher gleichzeitig später auch die integrierende Platzierung von elektronischen Bauteilen und Leiterbahnen ermöglicht. Im Grundkörper werden Aussparungen für Leiterbahnen zur späteren Versorgung von elektronischen Schaltkreisen und Leistungsverbrauchern wie z.B. High-Power LEDs oder mechatronischen Komponenten vorgesehen. Abbildung 1 stellt den Probenkörper schematisch dar. In einen keramischen Block wurden drei Leiterbahnpaare mit kleiner werdendem Querschnitt eingebracht. Die Nuten für die Leiter können bereits beim CIM Prozess oder durch eine spätere Nachbearbeitung produziert werden. In einem weiteren Schritt wurden die Nuten mit Lotmaterial in pastöser Form gefüllt und daraufhin eingebrannt. Eine Herausforderung stellt hierbei das einzusetzende Lotmaterial dar. Gleich mehrere Eigenschaften müssen von diesem erfüllt werden. Das Lot muss für eine Anhaftung die Keramik benetzen, elektrisch widerstandsarm sein, um hohe Leistungsverluste in den Leitern zu verhindern, und in der Lage sein, variable Querschnitte der Leiterbahnen auszubilden. Eine Anhaftung des Lotmaterials an die Keramik kann in Form von Beimischung aktiver Elemente wie z.B. Titan erfolgen, welches beim Einbrennen Sauerstoffbrücken mit der Randfläche der Keramik bildet. Die vorgefertigten Ausbuchtungen im keramischen Grundkörper werden mit Aktivlot gefüllt, welche beim Brennen die eigentliche Leiterbahn bildet. Im vorliegenden Projekt wurden in einen CIM Grundkörper variable Leiterbahnquerschnitte durch Nuten mit unterschiedlichen Querschnitten und Kurvengeometrien mit variablen Radien eingebracht. Die Nuten weisen eine Querschnittsfläche von 0,5 mm², 1,5 mm², und 3 mm³ auf. Die Befüllung der Nuten mit Lotmaterial erfolge durch das Auftragen der Aktivlotpaste mittels eines Dispensers. Alternativ wurden auch zurechtgeschnittene Lotbleche eingesetzt. Der Einsatz der Lotpaste hat sich hierbei jedoch als zielführender herausgestellt. Das Lotmaterial bildet beim Erstarren den eigentlichen Leiter aus. Durch die Beimischung unterschiedlicher Elemente wird es möglich eine Leiterbahn herzustellen, die nur marginal schlechtere Leitungsverlustwerte aufweist, wie ein korrespondierender Kupferleiter. Die Rechnung in Abbildung 2 verdeutlicht dies. Hierbei werden zwei unterschiedlich legierte Aktivlote mit einem konventionellen Kupferleiter gleichen Querschnitts verglichen. In der Rechnung wird die Verlustleitung der Leiter bei Einsatz eines 10 W Verbrauchers bei 0,1 m Leiterlänge und 1,5 mm² Leiterquerschnitt bei Raumtemperatur berechnet. In einem weiteren Schritt wurde die Möglichkeit erforscht, intrinsische Leiterbahnen in der Keramik herzustellen. Dies wird durch feine Bohrungen und Kanäle realisiert, die mit Lotmaterial durch den Kapillareffekt oder Unter- bzw. Überdruck befüllt werden. Abbildung 3 verdeutlicht dies anhand einer Bruchfläche durch eine Ferrule aus Zirkonoxid. Die Mittenbohrung weist einen Durchmesser von 0,1 mm bei einer Länge von 10 mm und einem Gesamtdurchmesser von 2 mm auf. Als Lotmaterial kam ein Standard-Weichlot zum Einsatz, das mittels Unterdruck in die Bohrung gesaugt wurde. Das Ziel ist ein mechanisch und thermisch hoch belastbarer CIM Körper, welcher die notwendige Elektronik zur Funktionserfüllung innerhalb der Struktur vereint. Keramik

[ 3 ] Hoppen, P.; Kacaras, A.; Matuschka, B. & Schulze, V. (2015), „Bearbeitung metallischer Gläser auf Fe- und Zr-Basis mittels Mikrofräsen, Mikrofunkenerosion und Mikrolaserabtragen“. 7. Kolloquium Mikroproduktion, Hrsg. Institut für Kunststoffverarbeitung, S. 1-7.
Abstract:
Die Bearbeitung metallischer Gläser auf Zr- und Fe-Basis zur Herstellung technischer Oberflächen stellt die Fertigung vor zwei Herausforderungen: die Entwicklung eines stabilen Prozesses, um die benötigte Oberflächenqualität zu erzeugen und die Vermeidung von Kristallisation, um die Eigenschaften metallischer Gläser nicht zu verändern. Dabei hat sich gezeigt, dass die Bearbeitung von Proben auf Zr-Basis zu guten Ergebnissen führt, während dies bei Proben auf Fe-Basis nur unter bestimmten Randbedingungen möglich ist.

[ 4 ] Matuschka, B.; Granser, T.; Rohde, M.; Schulze, V. & Seifert, H. (2015), „Alternative Herstellung von elektrischen Leitern in der Mikrotechnik“, wt Werkstattstechnik online, Band 11, S. 800-804.
Abstract:
Dieser Fachartikel beschäftigt sich mit der Aufbringung von elektrischen Leiterbahnen aus Aktivlot auf Keramikkörper. In Versuchen konnte eine Befüllung von Kavitäten in Oxidkeramikkörpern mit Aktivlot erzielt werden. Anschließend wurde der Zusammenhang des Volumenanteils der Legierungskomponenten mit dem spez. Widerstand untersucht. Dies bietet die Grundlage für weitere Untersuchungen, den elektrischen Widerstand des Lots für die Anwendung als Leiterbahnmaterial zu optimieren.

[ 5 ] Matuschka, B.; Boev, N.; Zanger, F. & Schulze, V. (2016), „Simulation based reduction of the impact load occurring in the moment of cutting edge entrance in order to prolong tool-life“. Applied Mechanics and Materials, Hrsg. TPP, S. 112-118.
Abstract:
High mechanical impact loads in interrupted or inhomogeneous machining processes frequently lead to spontaneous fracture of the cutting edge. Even modern cutting materials cannot provide a combination of hardness and toughness that is capable of preventing this sort of tool failure. Such machining conditions therefore remain difficult, and further investigations aiming to reduce the impact load of the cutting tool in order to enhance tool-life are necessary. A simulation model of the impact situation, that serves to optimize a force conducting structure with regard to elasticity, damping properties and resulting force peaks, was developed and is presented in this paper. Furthermore, measurement devices were composed that are needed for high-resolution recording of impact forces without repercussions and for verification of the elaborated simulation model. It could be shown that mechanical damping of the cutting tool can lead to reduced impact forces on the cutting edge, which in turn should lead to longer tool life.

[ 6 ] Götze, E.; Heinzel, Y.; Matuschka, B.; Zanger, F.; Schulze, V.; Rohde, M.; Krügelstein, A. & Franke, J. (2017), „Optimierung der Aktivlotzusammensetzung für Al2O3 und Herstellung von innenliegenden Leiterbahnen“. 8. Kolloquium Mikroproduktion, Hrsg. F. Vollertsen, J. W., S. 129-134.
Abstract:
Aluminiumoxidkeramik ist aufgrund des kostengünstigen Anschaffungspreises und des vielfältigen Einsatzgebietes die beliebteste Keramik. Aufgrund der stetigen Bauteilverkleinerung in mechatronischen Systemen, wie sie beispielsweise in der Automobilindustrie oder der Medizintechnik eingesetzt werden, werden einerseits die Herstellung von innenliegenden Strukturen und andererseits die elektrische Funktionalisierung der geschaffenen Grundkörper erforderlich. Für die Herstellung von Grundkörpern mit innenliegenden Leiterbahnen wurde konventionelles 96,0%-Al2O3 eingesetzt sowie LithaLox HP 500 der Firma Lithoz für die Fertigung von additiv aufgebauten Bauteilen. Die Konstruktion der Bauteile sowohl für die konventionelle als auch additive Fertigung enthält Grabenstrukturen unterschiedlicher Breite (0,05 mm – 4 mm) und Tiefe (0,05 mm – 1 mm). In einem anschließenden Fügeprozess mit einer ebenen Keramik entstehen aus diesen Gräben innenliegende Strukturen entstehen. Ein weiterer Fokus lag auf der Zusammensetzung einer Aktivlotlegierung aus Titan (3 - 5 Gew.-%), Silber und Kupfer, die sich aufgrund ihres geringen elektrischen Widerstands auszeichnet und somit als Leiterbahn eignet. Es wurden Pasten unterschiedlicher Zusammensetzung hergestellt, aufgetragen und thermisch mit der Keramik gefügt. Anschließend wurden Schliffe unter dem Licht- und Rasterelektronenmikroskop untersucht und einerseits die Titanausfällungen und anderseits die Anbindung an die Keramik bewertet.