AiF-IGF-Vorhaben 19230 „ActivePower“ Abschlussveröffentlichung - Forschungsvereinigung Räumliche Elektronische Baugruppen 3-D MID e.V.

Kurzfassung des Abschlussberichts des Forschungsprojekts: Entwicklung eines keramisch spritzgegossenen 3D-Schaltungsträgers für die Kontaktierung und Integration von Leistungselektronik mittels widerstandsarmen Aktivlots „Active Power“

Im Projekt ActivePower konnte erfolgreich gezeigt werden, dass Aktivlote, welche bisher nur zum Fügen von Werkstoffen verwendet wurden, auch als elektrische Leiterzüge auf keramischen Substratmaterialien fungieren können. Durch die Grundlagenerforschung dieser neuen Technologie zum funktionalisieren keramischer Schaltungsträger können künftig Hochtemperatur-Anwendungen für 3D-MID realisiert werden. Im Rahmen des Projektes wurden pastenbasierte Aktivlote mittels einer Dispergiereinheit auf additiv gefertigten Aluminiumoxid-Schaltungsträgern aufgetragen. Durch die Möglichkeit des selektiven Metallisierens anhand von Drucktechnologien können räumliche Schaltungsträger, welche mechanische und elektrische Funktionen übernehmen können, äußerst flexibel und kundenspezifisch hergestellt werden. Übliche Drucktechnologien wie beispielsweise der Sieb- oder Schablonendruck sind aufgrund der gebundenen Planarität für dreidimensionale Substrate nicht geeignet, was die Anwendung additiver Druckverfahren begünstigt. Auch die Verwendung von bereits verfügbaren Kupfer-Dickschichtpasten stellte sich als eine hervorragende Alternative heraus, um elektrische Funktionen übertragen zu können.

Weiterhin wurde intensiv die Herstellung von dreidimensionalen Schaltungsträgern anhand des Lithography-based Ceramic Manufacturing-Verfahrens (LCM) untersucht, welches aufgrund der hervorragenden Qualität der herstellbaren Bauteile im keramischen 3D-Druck zu den geeignetsten für MID Bauteile gehört. Mittels LCM können beispielsweise herkömmliche Fertigungsmethoden wie dem Ceramic Injection Molding (CIM) substituiert und dadurch werkzeugfrei kundenspezifische dreidimensionale keramische Substrate hergestellt werden.

Anhand erzielter Forschungsergebnisse kann das Portfolio der bereits etablierten MID-Technologie um die Werkstoffgruppe der Keramiken erweitert werden. Weiterhin können durch die Verwendung von Aktivloten sowie Dickschichtpasten deutlich höhere Ströme aufgrund der hohen elektrischen Leitfähigkeiten der im inerten/evakuierten Brennprozess aufgeschmolzenen und konsolidierten Leiterbahnen übertragen werden. Dadurch können MIDs, mit meist sensorischen Applikationen, um mögliche leistungselektronische Anwendungen ergänzt werden.

Das IGF-Vorhaben 19230 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.