Forschungsvereinigung Räumliche Elektronische Baugruppen 3-D MID e.V.
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Projektskizze: Induktives inline Sintern für gedruckte Leiterbahnen mit einer Prozessregelung [INSILE]

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Forschungsziel

Induktives Inline-Sintern von gedruckten, nassen Leiterbahnen in Kombination mit einer Prozessregelung

 

Angestrebte Forschungsergebnisse:

  • 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%
Quelle: Fraunhofer IWU, Technische Universität Chemnitz

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 lokalen Sinterverfahren (z.B. Laser, Pulslicht, Mikrowellen) besitzen entweder hohe Sicherheitsanforderungen und sind mit hohen Investitionskosten verbunden (Laser und Mikrowellen) oder können das Substrat aufgrund zu großen Fokuspunkt 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 ge-druckter Elektronik. Dabei ist Fertigungsgeschwindigkeit noch gering und Fertigungskosten 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 elektrischen 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.

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 und Anlagenhersteller und deren Zulieferer (z.B.
    Generatoren, Induktorenhersteller)
  • Senkung der Produktionskosten für Anwender durch Reduzierung der Ausschussrate (Sinterprozessregelung und Defektenkorrektur) und energieeffektiver (lokal) und zeitsparender (Inline-) Nachbehandlung
  • Erweiterung des Produktportfolios von Herstellern gedruckter Elektronik

 

voraussichtliche industrielle Umsetzung der FuE-Ergebnisse nach Projektende:

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