Der additive Herstellungsprozess für Leiterplatten bietet Effizienz und Vorteile für die Umwelt

Nov 26, 2023

Bei der herkömmlichen Herstellung von Leiterplatten (PCB) werden Chemikalien verwendet, um überschüssiges Kupfer wegzuätzen und die fertige Platine herzustellen. Viele dieser chemischen Lösungsmittel sind jedoch giftig und stellen eine Gefahr für die Umwelt und diejenigen dar, die damit umgehen.

InnovationLab, ein deutsches Unternehmen mit Schwerpunkt auf gedruckter und organischer Elektronik, hat ein neuartiges additives Fertigungsverfahren eingeführt, das angeblich sicherer und energieeffizienter ist. InnovationLab hat sich kürzlich mit ISRA an einem von Horizon 2020 geförderten Forschungsprojekt namens Smart EEs2 zusammengetan, um einen Herstellungsprozess für kupferbasierte lötbare Schaltkreise zu entwickeln.

Diese neuartigen Schaltkreise sind mit Reflow-Prozessen kompatibel und ermöglichen es Herstellern, Komponenten einfach zu montieren und auf diese neue Technologie umzusteigen, ohne neue Geräte kaufen zu müssen. Die Leiterplatten von InnovationLab sind im Siebdruckverfahren hergestellt und können bis zu vier Schichten umfassen. Mit dem neuen Verfahren können sowohl Standard- als auch flexible Leiterplatten für den Einsatz in der Hybridelektronik hergestellt werden.

Der von InnovationLab eingeführte additive Prozess nutzt einen hochautomatisierten Produktionsablauf, um eine Leiterplatte mithilfe einer mehrschichtigen additiven Technik herzustellen. Dieser Prozess läuft bei 150 °C ab, einer niedrigeren Temperatur als bei der herkömmlichen Leiterplattenherstellung erforderlich.

InnovationLab bietet eine dreistufige „Lab-2-Fab“-Pipeline für die Herstellung von Leiterplatten, einschließlich Forschung und Entwicklung, Pilotproduktion und Industrieproduktion. Während der Forschungs- und Entwicklungsphase arbeiten InnovationLab und ein Kunde zusammen, um die Projektanforderungen und die Machbarkeit zu verstehen. Während der Pilotproduktionsphase baut InnovationLab einen Prototyp auf. In der industriellen Produktionsphase wird der Prototyp schließlich an einem der verschiedenen Produktionsstandorte des InnovationLab ausgerollt.

Was am additiven Fertigungsverfahren von InnovationLab neu zu sein scheint, ist die Verwendung von Siebdruck zur Herstellung der Schaltkreise, die auf die Leiterplatte übertragen werden. An einem seiner Produktionsstandorte verfügt InnovationLab über eine „Druckmaschine“, mit der Schaltkreise sehr effizient auf Kupfer gedruckt werden können – bis zur Gesamtfläche eines Tennisplatzes in einer Stunde. Im Vergleich zu herkömmlichen Techniken sind die Substrate von InnovationLab bis zu 15-mal dünner, was den gesamten Materialverbrauch und Abfall reduziert.

Anstatt Kupfer wegzuätzen, um Leiterbahnen zu bilden (wie bei der herkömmlichen Leiterplattenherstellung), verwendet InnovationLab Kupfertinte, um durch einen additiven Prozess schnell Elektronik auf einem Bildschirm zu erzeugen. Kupfertinten, wie sie beispielsweise von Copprint hergestellt werden, weisen nach dem Sintern eine hohe Leitfähigkeit auf. Sintern ist der Prozess, bei dem das Kupfer durch Anwendung von Hitze und Druck zu einer festen, leitfähigen Masse geformt wird. Solche Kupfertinten und additiven Prozesse werden in Zukunft wahrscheinlich allgegenwärtiger werden, da Leiterplattenhersteller versuchen, die Effizienz ihres Fertigungsablaufs zu verbessern.

Mithilfe von Mehrschichtdruck, Metall und Dielektrikum hat InnovationLab mit seiner Technologie einen Prototyp entwickelt, der einen Sensor und Logger mit geringem Stromverbrauch, eine gedruckte Antenne mit einer Nahfeldkommunikationsschnittstelle (NFC) und eine kleine Batterie umfasst, die Energie aus einem gewinnt gedruckte Solarzelle.

Laut Dr. Janusz Schinke, Leiter für gedruckte Elektronik bei Innovation Lab, wird das Unternehmen seinen Prozess bis Ende des Jahres auf große Mengen skalieren – eine Million lötbare Leiterbahnen oder mehr.

Alle verwendeten Bilder mit freundlicher Genehmigung von InnovationLab