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Projektbeschreibung

Eine kostengünstige und flexible Alternative zur Metallisierung von Kunststoffbauteilen wie der Laserdirektstrukturierung, stellen additive Drucktechniken, wie das Aerosol-Jet, Inkjet- oder Dispensverfahren, dar. Bei diesen Verfahren werden leitfähige Tinten bzw. Pasten auf Kunststoffsubstraten gedruckt, welche in einem nachgelagerten Ofenprozess thermisch versintert werden. Im Gegensatz zum LDS-Verfahren müssen hierbei keine teuren laseraktivierbaren Additive beigefügt und es können auch transparente Kunststoffe verarbeitet werden. Der große Nachteil des Verfahrens ist aktuell die beschränkte Materialauswahl aufgrund der hohen Sintertemperaturen zwischen 140 °C und 220 °C. Die meisten Standardkunststoffe können somit nicht als Grundkörper verwendet werden da deren geringe thermische Stabilität zu einer thermisch induzierten Formänderung oder Beschädigung während des Sintervorgangs führt. Um eine thermische Beschädigung bei der Energieeinbringung zu vermeiden, kann mittels Verwendung von Laserstrahlung ein selektives Versintern der Tinten erreicht werden. Laserstrahlung mit Wellenlängen im nahen infraroten Bereich (940 nm bis 1064 nm) haben sich bei der Verwendung von Silbertinten bewährt, da aufgrund der höheren Transmission der Tinten im Vergleich zu Laserstrahlung im sichtbaren Bereich (532 nm) eine über die gesamte Dicke gleichmäßige Energieeinbringung möglich ist. Dies führt zu geringeren Porositäten und höheren Leitfähigkeiten der versinterten Leiterbahnen.

Ziel des Forschungsvorhabens ist es, den Zusammenhang zwischen den spezifischen Eigenschaften der Substratwerkstoffe in Kombination mit den unterschiedlichen Pasten- und Tintenmaterialien, der Strahl-Stoff-Wechselwirkung zwischen den angepassten Laserstrahlprofilen, der daraus abgeleiteten Prozessführung und den resultierenden Leiterbahneigenschaften zu ermitteln. Die Evaluierung dieses umfassenden Prozessverständnisses soll es ermöglichen, den laserunterstützten Direkt-Druck als robusten, effizienten, schnellen und flexiblen Prozess zur Herstellung großflächiger MID-Bauteile zu etablieren.

Das IGF-Vorhaben  der Forschungsvereinigung Räumliche Elektronische Baugruppen 3-D MID e.V. wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie gefördert. Die Bearbeitung des Projektes wird durch die Forschungsstellen Bayerisches Laserzentrum GmbH (blz) und dem Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS) der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) durchgeführt. Die anspruchsvolle technologische Entwicklung soll in enger Zusammenarbeit mit dem projektbegleitenden Ausschuss durchgeführt werden, der sich in einem ausgewogenen Verhältnis aus Technologieanbietern und Technologieanwendern zusammensetzt.