Kurzfassung des Abschlussberichts des Forschungsprojekts: Untersuchungen zur Herstellung spritzgegossenen, duroplastischen Schaltungsträgern mittels der LDS-Technologie „Duroplast LDS-MID“
Im vorliegenden Projekt wurden Epoxid-Compounds für die Verwendung als spritzgegossene Schaltungsträger auf Basis der Laserdirektstrukturierung (LDS) entwickelt, verarbeitet und charakterisiert.
Auf Basis kommerzieller Epoxid-Compounds wurden zunächst verschiedene Additive, die eine Laserstrukturierung und anschließende Metallisierung ermöglichen getestet. Hierbei zeigte sich, dass diese eine katalytische Wirkung auf den Aushärteprozess haben und somit die Verarbeitung im Spritzgießprozess stören. Basierend auf den Erkenntnissen wurde weiterhin ein oberflächenpassiviertes Additiv verwendet. Damit wurden eigene Epoxid-Compounds mit verschiedenen Füllstoffen (Glaskugeln, Talkum, Wollastonit und Bornitrid) hergestellt und zu Probekörpern verarbeitet.
Zur Bewertung des Fließ-Härtungsverhaltens wurden die Materialien im Brabender-Messkneter charakterisiert. Dadurch konnten Rückschlüsse auf Unterschiede hinsichtlich der Verarbeitung im Spritzgießverfahren zwischen den unterschiedlichen Compounds gezogen werden. Weiterhin wurden die Compounds optisch anhand von Anschlifffen charakterisiert, wobei sich eine homogene Verteilung der Füllstoffe zeigte. Die LDS-Additive sind in den Probenmitten ebenfalls regelmäßig verteilt, im Fall der Randbereiche jedoch zeigen sich bei Glaskugeln, Wollastonit und Bornitird z. T. starke Agglomerate und Anlagerungen an den Füllstoffen. Die Steifigkeit der Compounds, ausgedrückt durch den E-Modul, wird durch die unterschiedlichen Füllstoffe erhöht. Die Sprödigkeit, quantifiziert als Bruchdehnung sinkt. Die Zugfestigkeit der Compounds wird dagegen durch die Zugabe der Füllstoffe kaum beeinflusst. Aufgrund des geringen Aspektverhältnisses der Füllstoffe zeigen die Kennwerte nahezu keine Anisotropien. Besonders deutlich ist dies im Falle des Vorliegens von Glaskugeln in den Mischungen ausgeprägt. Dies gilt auch für die thermischen Ausdehnungskoeffizienten, was als einer der Hauptvorteile der hergestellten Compounds gewertet wird. Weiterhin liegen die thermischen Ausdehnungskoeffizienten, v. a. für niedrige Temperaturbereiche nahe am Wert von Kupfer. Die Erhöhung mit steigender Temperatur ist deutlich geringer, als bei thermoplastischen Werkstoffen. Der Füllstoffanteil stellt dabei die stärkste Einflussgröße dar, die unterschiedlichen Füllstofftypen spielen keine deutliche Rolle.
Im Folgenden wurden die Laserstrukturierbarkeit und das Anspringverhalten im außenstromlosen Metallisierungsprozess bewertet. Hierzu wurden die Proben zunächst optisch untersucht. Weiterhin wurden die Metallschichtdicken bestimmt. Dabei zeigte sich ein deutlicher Einfluss des Füllstofftyps auf das Metallisierungsergebnis, was auch mit den Anschliffen korreliert werden kann. Die Talkum-Compounds, die eine homogene Verteilung der LDS-Partikel an den Tag legen führten auch zu den besten Metallisierungsergebnissen. Es hat sich gezeigt, dass eine gute Oberflächenqualität der spritzgegossenen Substrate essentiell ist. Im Fall der Agglomeratbildungen stellten sich deutlich schlechtere Resultate ein, es zeigten sich starke Fremdabscheidungen. Auf die Oberflächenrauheit und die Haftfestigkeit der Metallschichten haben die Füllstoffe keinen systematisch erkennbaren Einfluss, die Werte liegen in einem für thermoplastische LDS-MID typischen Bereich.
Durch Bornitrid-Compounds konnte darüber hinaus eine sichtliche Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit erzielt werden, was für die Demonstratoranwendung eines Hochleistungs-LED-Systems weiter untersucht werden soll.
Das IGF-Vorhaben 18374 N 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 Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
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