Plasma Printing & Packaging Technology - Die Ziele

Das Ziel des Verbundprojekts ist die Entwicklung eines modularen prototypischen Anlagenkonzeptes zur kontinuierlichen, ressourcenschonenden und kosteneffizienten Fertigung von strukturierten Metallisierungen für Elektronikkomponenten und Biosensoren. Drei innovative, flexible Fertigungsmodule werden im kontinuierlichen Rolle-zu-Rolle-Verfahren die notwendige gesamte Prozesskette zur Herstellung der Elektronikkomponenten abdecken und eine bislang noch nicht demonstrierte Fertigungsbreite von 400 mm realisieren. Die einzelnen Fertigungsmodule gliedern sich dabei wie folgt:

Strukturierte Aktivierung der Folien mittels Atmosphärendruckplasma (Übertragung der Plasma Printing-Technologie in einen kontinuierlichen Prozess)
Selektive additive chemische und galvanische Metallisierung der aktivierten Folien
Aufbau- und Verbindungstechnik (Dispensen, Bestückung, Löten).

Ziel ist es, mit der aufgebauten Prototypanlage eine Materialeffizienzsteigerung im Bereich von 30 %, eine Energieeffizienzsteigerung im Bereich von 30 % und eine Kosteneinsparung im Bereich von 30 % für die drei geplanten Demonstrationsapplikationen (FPC, RFID, Biosensoren) gegenüber dem Stand der Technik nachzuweisen.

Effiziente Inline-Produktion

Für die Umsetzung der einzelnen Module in eine komplette ressourceneffiziente Fertigungslinie ist es notwendig, alle drei Module parallel auf die Anforderungen der Endanwender hin zu entwickeln und auf die Material-, Energie- und Kosteneffizienz zu optimieren. Dazu werden im ersten Schritt zusammen mit den Endanwendern Pflichtenhefte erarbeitet, entsprechende Testlayouts sowie Substratmaterialien zur Verfügung gestellt und erste Optimierungen auf Basis der bei den Partnern vorhandenen Anlagentechnik vorgenommen. Anhand der gewonnenen Erkenntnisse wird im zweiten Projektjahr ein neues optimiertes prototypisches Plasmamodul mit einer Anlagenbreite von 400 mm aufgebaut. Mit diesem optimierten Modul erfolgt die weitere Evaluierung der Verfahrensgrenzen hinsichtlich Strukturauflösung und Geschwindigkeit.

Parallel dazu werden die Tauchgalvanik schrittweise zu einer Versuchs-Bandgalvanik aufgerüstet und die Rückgewinnungssysteme zur Reduzierung des Materialverbrauchs evaluiert. Im Bereich der Aufbau- und Verbindungstechnik entsteht mittels der gewonnenen Anlagen- und Prozesskenntnisse ab dem zweiten Projektjahr eine neue, prototypische Bestück- und Löteinheit für Folienbreiten von 400 mm. Im letzten Projektjahr werden die Einzelmodule unter den Aspekten Material-, Energie und Kosteneinsparung weiter optimiert. In einem ersten Schritt wird eine serielle Herstellung von Elektronikkomponenten erfolgen.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial

Der im Projekt entwickelte Prototyp einer modularen Fertigungsanlage wird erstmalig demonstrieren, dass eine Direktstrukturierung von Edelmetallschichten bzw. Kupferschichten mit einer Dicke von 50 nm bis 20 µm und Strukturbreiten bis zu 20 µm auf Kunststoffträgern mit sehr komplexen Geometrien in einer wirtschaftlichen und ressourcenschonenden Massenfertigung möglich ist.

Erste Kostenabschätzungen zeigen, dass z. B. die Strukturierung und Metallisierung von RFID-Antennen und von Biosensoren selbst für kleinere Stückzahlen (< 100.000) zum Teil deutlich unter 0,01 Euro/Bauteil liegen werden. Dabei können mit dem Anlagenkonzept im kontinuierlichen Verfahren bei weitgehend automatisierter Durchführung je nach Bauteilgröße mehrere Millionen Bauteile pro Tag hergestellt werden. Vorteile sind:

  • Geringer Wartungsaufwand
  • Hohes Potenzial an Kosteneinsparung durch Taktzeiterhöhung
  • Kontinuierliche Bestückung
  • Energieeffiziente Lötprozesse

Ziel ist es im Rahmen des geplanten Vorhabens prototypische Fertigungsmodule aufzubauen und zu einer aus den unabhängigen Modulen bestehenden Demonstrationsanlage zu verbinden. Nach Abschluss des Projekts entsteht aus dieser Gesamtlinie ein Applikationszentrum, in dem u. a. Workshops und Technologieberatungen durchgeführt, Kleinserien produziert und damit weitere Märkte evaluiert werden können. Ein entsprechendes Geschäftsmodell für das Applikationszentrum wird im Laufe des Projektes mit den Projektpartnern erarbeitet. Die Vermarktung des Gesamtsystems oder auch einzelner Module erfolgt über das Applikationszentrum bzw. die zuständigen Partner.