AiF fördert das Vorhaben “Duroplast-LDS-MID”.
Laserstrukturierungsverfahren ermöglichen die Aufbringung dreidimensionaler Leiterbahnstrukturen auf Kunststoffoberflächen unter Ausnutzung kunststofftechnischer Freiheitsgrade und Potentiale (Mechatronic Integrated Devices, MID). Als Trägermaterial werden heutzutage vorwiegend thermoplastische Kunststoffe eingesetzt. Gerade bleifreie Lötprozesse erfordern erhöhte Einsatztemperaturen, weshalb man hier vorwiegend auf teure Hochleistungsthermoplaste beschränkt ist. Die hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Kunststoffs führen darüber hinaus zu Spannungen zwischen Leiterbahn und Substrat. Dies kann unter Umständen ein Versagen der Leiterbahn bewirken.
Duroplaste hingegen zeichnen sich aufgrund ihrer dreidimensional vernetzten Struktur durch eine hohe Temperaturbeständigkeit und konstante mechanische Eigenschaften über einen breiten Temperaturbereich aus. Gerade die thermischen Ausdehnungskoeffizienten lassen sich aufgrund hoher möglicher Füllgrade auf ein Minimum reduzieren. Die Einbußen bei der Verarbeitbarkeit sind dabei geringer als bei Thermoplasten. Thermische Ausdehnung und relativer Materialpreis ausgewählter Thermoplaste und Duroplaste sind in Abb. 1 dargestellt. Weitere wichtige Vorteile von Duroplasten sind die hohe Medienbeständigkeit, gute (di)elektrische Eigenschaften und die Möglichkeit einer schonenden Umspritzung elektronischer Komponenten durch die geringe Viskosität bei der Verarbeitung, weshalb sie verstärkt Einzug in Elektronik und Elektrotechnik finden.
Voruntersuchungen im Rahmen eines eigenmittelfinanzierten Projekts des 3-D MID e.V. bestätigten die grundsätzliche Machbarkeit von LDS-additiveren Duroplasten und bescheinigten der Thematik großes Potential. Das Forschungsvorhaben „Duroplast-LDS-MID“ fokussiert daher die Entwicklung spritzgießfähiger duroplastischer Formmassen für die Laserdirektstrukturierung. Ziele sind die Herstellung geeigneter Formmassen durch die Zugabe von Füll- und Verstärkungsstoffen sowie einer ausreichenden Menge an LDS-Additiv und die Untersuchung von deren Verarbeitbarkeit mittels Spritzgießen. Hierbei spielt besonders die gezielte Erarbeitung des Einflusses einzelner Füllstoffe auf Prozessstabilität und selektive Metallisierbarkeit eine tragende Rolle. Weiterhin werden die hergestellten Compounds hinsichtlich ihrer Zuverlässigkeit charakterisiert und wesentliche Einflussgrößen entlang der Prozesskette identifiziert.
Durch das Forschungsvorhaben wird die angestrebte Erweiterung des industriell verfügbaren Werkstoffspektrums von spritzgießfähigen LDS-Materialien wesentlich unterstützt. Das Forschungsvorhaben verbindet durch seine Ausrichtung zwei wichtige Wirtschaftszweige wie die Elektro- und Kunststofftechnik. Als Forschungsstellen sind der Lehrstuhl für Kunststofftechnik der Universität Erlangen-Nürnberg unter Leitung von Herrn Prof. Dr.-Ing. Dietmar Drummer sowie Hahn-Schickard Stuttgart unter Leitung von Herrn Prof. Dr.-Ing. André Zimmermann im Projekt vertreten. Neben den beiden Forschungsstellen engagieren sich die Unternehmen 3M, Dommel GmbH, Häcker Automation GmbH, HASEC Elektronik GmbH, LPKF Laser & Electronics AG, Merck KGaA, MID Solutions GmbH, Plexpert GmbH, Raschig GmbH, RF Plast GmbH und Robert Bosch GmbH. Die große Beteiligung namhafter Industrieunternehmen am Projekt unterstreicht dessen Relevanz, wobei sich sowohl Großunternehmen, als auch KMUs im projektbegleitenden Ausschuss finden.
Das IGF-Vorhaben 18374 N der Forschungsvereinigung Elektronische Baugruppen wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
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