Die Technologie – weniger ist mehr

Das modulare Anlagenkonzept zur kontinuierlichen und kostengünstigen Fertigung basiert auf folgenden Prozessschritten:

  1. Plasma-Printing
  2. Metallisierung
  3. Bestückung
  4. Verlötung

Plasma-Printing

Der kontinuierliche Plasma-Printing-Prozess wird mittels einer tiefgravierten Walze, wie man sie im Prinzip vom konventionellen Tiefdruck her kennt, und einer geeigneten feststehenden Hochspannungselektrode, die mit einem isolierenden Material als Dielektrikum umhüllt ist, realisiert. Die metallische Druckwalze ist gleichzeitig die Gegenelektrode. Bei der Plasmabehandlung rotiert die Walze und die durchlaufende Polymerfolie (z.B. Polyimidfolie) wird mit der Hochspannungselektrode gegen die Walzenoberfläche gedrückt. Das Prozessgas wird über ein nahe des Plasmastempels positioniertes Gasdüsensystem zugeführt. Die Vertiefungen der Walzenstrukturen bilden zusammen mit der darüber laufenden Folie gasgefüllte Hohlräume, in denen das Plasma gezündet wird. Auf diese Weise wird das Druckbild der Walze, z.B. die Leiterbahnstruktur, als ortsselektive Funktionalisierung auf die Folie übertragen.

Metallisierung

Im nachfolgenden zweiten Prozessschritt werden die plasmafunktionalisierten Bereiche der Folie mittels außenstromloser Verfahren selektiv in Additivtechnik haftfest metallisiert. Dies gelingt beispielsweise, wenn für das Plasma-Printing mit hinreichend sauerstofffreien Mischungen aus Stickstoff, Wasserstoff und Helium als Prozessgase verwendet werden. Dann wird die Folienoberfläche selektiv mit stickstoffhaltigen chemischen Funktionalitäten, z. B. Aminogruppen, ausgestattet, die die Fähigkeit haben, chemische Bindungen mit Palladiumionen (Pd2+) einzugehen. Diese Fähigkeit spielt eine wesentliche Rolle für den Erfolg der im ersten Schritt der Metallisierungsprozedur durchgeführten Bekeimung der Folienoberfläche mittels ionogener Palladiumlösungen. Die minimalen Strukturbreiten außenstromlos metallisierter Strukturen liegen im augenblicklichen Entwicklungsstand bei weniger als 100 µm. Die Schälhaftfestigkeit nach DIN 53494 von Kupfermetallisierungen auf Polyimidfolie erreichte in bisherigen Arbeiten ca. 1 N/mm. Das Plasma-Printing funktioniert nicht nur im Fall von Polyimid, sondern auch bei anderen für die Herstellung von flexiblen Leiterplatten oder RFID relevanten Materialien wie PET, PEN und Polypropylen (PP).

Bestücken

Nach Plasmastrukturierung und Aufbringung der Metallisierung erfolgen die Schritte der Aufbau- und Verbindungstechnik. Dabei wird die Bestückung auf dem durchlaufenden Substrat durchgeführt, um Puffer und unnötige Liegezeiten des Materials einzusparen. Eine solche Bestückung "on the fly" ist bisher einzigartig. Bei dem im Projekt realisierten Bestücker wird es möglich sein, Foliensubstrate mit einer Geschwindigkeit von bis zu 1,2m/min mit Bauelementen zu Bestücken.

Verlöten

Der nachfolgende Lötprozess stellt eine Neuentwicklung durch Kombination von konventionellem Konvektionslöten mit selektiven Heizmodulen dar. Hierdurch wird ein, auf den Folienschaltungsträger und dessen sensitive Elemente abgestimmter Reflowlötprozess realisiert, der durch die gezielte Erwärmung der zu verbindenden Komponenten eine erhebliche thermische Schonung , ein insgesamt angepasstes und damit niedrigeres Prozess-Temperaturniveau ermöglicht und somit die Lebensdauer des Folienschaltungsträgers erhöht.

Integraler Bestandteil von P3T ist auch ein Monitoring-System, mit dessen Hilfe die Produktqualität überwacht wird.

Vorteile der P³T-Technologie

  • Hohe Kosteneffizienz
  • Ressourcenschonung
  • Rolle-zu-Rolle-Fertigungsweise
  • materialsparende Additivtechnik
  • geringe Anzahl an Prozessschritten
  • gute Leitfähigkeit der Leiterbahnen
  • energiesparende Lötprozesse
  • gute Skalierbarkeit
  • Abwesenheit von Vakuumprozessen

Das bei P3T im ersten Prozessschritt angewendete Plasma-Printing führt praktisch zu keiner Aufrauhung der Oberfläche des Folienmaterials. Dies ist für Hochfrequenzanwendungen von Bedeutung.