Forschungsvereinigung Räumliche Elektronische Baugruppen 3-D MID e.V.
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Projekt INSEL

Induktives inline Sintern für elektrische, gedruckte Leitstrukturen mit einer Prozessregelung

Laufzeit: 01.08.2022 – 31.07.2024

Beschreibung

Nach dem Funktionsdruck z.B. mit dem Jet-Dispense-Verfahren muss die noch feuchte, gedruckte Leiterbahn (LB) ausgehärtet werden, um die vorgesehene Leitfähigkeit zu erreichen. Momentan wird dieser Prozessschritt global im Ofen realisiert. Das begrenzt die Größe des Bauteils, führt zu einer ganzheitlichen Bauteilerwärmung und begrenzt so die Substratauswahl. Aus produktionstechnischer und energetischer Sicht ist dieser Prozessschritt ineffektiv. Außerdem ist eine lokale Inline-Bestimmung und Anpassung der Leitfähigkeit nicht möglich. Bisher bekannte lokale Sinterverfahren (z.B. Laser, Pulslicht, Mikrowellen) besitzen entweder hohe Sicherheitsanforderungen und sind mit hohen Investitionskosten verbunden (Laser und Mikrowellen) oder können das Substrat aufgrund des zu großen Fokuspunktes beschädigen (Pulslicht). Die Eindringtiefe ist ebenfalls begrenzt, da die Laser- und Mikrowellenstrahlung in den Randbereichen der gedruckten LB absorbiert wird. Durch ein fehlendes geregeltes, lokales Inline-Sinterverfahren, ist die Ausschussrate für Komponenten mit gedruckter Elektronik bisher noch verbesserungsfähig. Dabei ist die Fertigungsgeschwindigkeit noch gering und die Fertigungskosten sind entsprechend hoch.

 

Es muss ein Sinterverfahren etabliert werden, welches schnell, kostengünstig, effektiv, lokal gedruckte Leiterbahnen aushärten kann. Induktives Sintern ist dafür geeignet, da es ein kontaktloses, energieeffektives, lokal wirkendes Verfahren mit einer hohen Eindringtiefe ist. Außerdem sorgt es für eine kurze Sinterzeit und minimiert Substrat- und Leiterbahnschäden. Damit lassen sich hohe elektrische Leitfähigkeiten von bis zu 80% des hervorragend leitenden Vollmaterials Ag erreichen. Eine Prozessregelung hält das Verfahren in einem engen Zielbereich stabil. In der Gesamtheit führt der Ansatz zu kosteneffektiver und produktiver Fertigung.

Forschungsziel

  • TUC: Induktor (Induktionsspule) für das Sintern von nassen, gedruckten Leiterbahnen mit Dicken ab 30 μm und Breiten ab 300 μm
  • IWU: modellbasierte Prozessregelung für das Sinterverfahren, max. Leitfähigkeitsabweichung ±5%

Nutzen und wirtschaftliche Bedeutung für KMU

Mit den Forschungsergebnissen kann eine selektive inline-integrierbare Sinteranlage auch durch KMU hergestellt und umgesetzt werden. Für die KMU entlang der Wertschöpfungskette ergeben sich neue Absatzmöglichkeiten. Exemplarisch ist die Wertschöpfungskette dargestellt:

voraussichtlicher Beitrag zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit der KMU:

  • Erweiterung der Einsatzfelder und Leistungsfähigkeit von MID-Baugruppen
  • Neue Produkte und Märkte für die Pastenhersteller:innen und Anlagenhersteller:innen und deren Zuliefer:innen (z.B.
    Generatoren, Induktorenhersteller)
  • Senkung der Produktionskosten für Anwender:innen durch Reduzierung der Ausschussrate (Sinterprozessregelung und Defektenkorrektur) und energieeffektiver (lokal) und zeitsparender (Inline-) Nachbehandlung
  • Erweiterung des Produktportfolios von Hersteller:innen gedruckter Elektronik

 

voraussichtliche industrielle Umsetzung der FuE-Ergebnisse nach Projektende:

  • Automatisierte Fertigung von Funktionselementen für Bauteilefunktionalisierung für z.B. Automobilbau
    mittels additiven Druckverfahren

Forschungsinstitute

Für weitere Kontaktdaten, kontaktieren Sie bitte die Geschäftsstelle. E-Mail an Geschäftsstelle

 

Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU

 

Technische Universität Chemnitz – Professur für Umformendes Formgeben und Fügen

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