Plasma Printing & Packaging Technology

Das Ziel des Verbundprojekts (FKZ 02PO2440) ist die Entwicklung eines modularen, prototypischen Anlagenkonzeptes zur kontinuierlichen, ressourcenschonenden und kosteneffizienten Fertigung von strukturierten Metallisierungen für Elektronikkomponenten und Biosensoren. Das Anlagenkonzept wird ein Modul zur strukturierten Aktivierung der Foliensubstrate mittels Plasma Printing, ein Modul zur selektiven additiven Metallisierung und ein Modul zur Aufbau- und Verbindungstechnik zu einem kontinuierlichen Rolle-zu-Rolle-Prozess verbinden und bezüglich Materialeffizienz, Energieeffizienz und Prozesszeiten optimieren.

Dieses Forschungs- und Entwicklungsprojekt wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmenkonzept „Forschung für die Produktion von morgen“ gefördert und vom Projektträger Karlsruhe (PTKA) betreut. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt beim Autor.

Effizienzfabrik

Die Herausforderung: Flexible Leitungen

Hauptkomponenten elektronischer Geräte sind zumeist eine oder mehrere Leiterplatten. Aufgrund von Kosten-, Material- und Gewichtseinsparungen geht der Trend immer mehr zu flexiblen Leiterplatten (FPC). Der weltweite Markt für FPC im Jahr 2007 betrug 7,3 Milliarden US$ und wird weiter immens auf über 16 Milliarden US$ im Jahre 2014 wachsen. Radio-Frequency Identification (RFID) und Biosensoren sind ebenfalls potentielle Wachstumsmärkte. Für die Herstellung von FPCs, RFID-Antennen oder Biosensoren werden heute vollflächig metallisierte Folien eingesetzt, die hauptsächlich über Klebstofflaminierung hergestellt werden.

Leiterplattenherstellung heute

Die Erstellung der Leiterbahnen erfolgt heute meist über subtraktive, d.h. von einer ganzflächig kupfermetallisierten Folie ausgehenden Verfahren. Dabei entsteht die Struktur durch Wegätzen überschüssigen Metalles in naßchemischen lithographischen Prozessen oder mittels Laserablation. Diese Arten der konventionellen Strukturierung beinhalten eine relativ große Anzahl von Prozessschritten bzw. begrenzen die strukturierbare Folienfläche auf eine im Ablationsprozess verarbeitbare Maximalgröße. Meist setzt die Anwendung dieser Prozesse auch eine Vereinzelung der Folien voraus. In jedem Fall entstehen Kupferabfälle. Betrachtet man beispielhaft eine RFID-Antenne, so werden bei der Herstellung mittels Subtraktivverfahren bis zu 80 % der Kupferschicht weggeätzt, damit die Leiterbahnstruktur entsteht. Das weggeätzte Metall wird dann relativ energie- und chemikalienaufwändig rezykliert.

Kostengünstige und ressourcenschonende Alternativen gefragt

Auf dem kompetitiven Leiterplattenmarkt sind kostengünstige und ressourcenschonende Fertigungsverfahren gefragt. P3T setzt die materialsparende Additivtechnik ein. Ausgangsmaterial ist hier - anders als beim Subtraktivverfahren - eine Folie ohne Metallisierung. Die metallischen Leiterbahnstrukturen werden auf der Folie durch die Kombination von Atmosphärendruckplasma- und galvanotechnischen Prozessen. Dies geschieht in nur wenigen Prozessschritten. Für die nach der Leiterbahnerstellung folgenden Prozessschritte, Bestückung und Verlötung, werden im Projekt neuartige energiesparende Verfahren entwickelt. Sämtliche Prozessschritte erfolgen zur Erzielung einer hohen Wirtschaftlichkeit neben einer hohen Ressourceneffizienz im Durchlaufverfahren (von Rolle-zu-Rolle).