Neues Verfahren zur Leiterplattenherstellung

Gedruckte Organische Elektronik Neues Verfahren zur Leiterplattenherstellung

08.08.2022 Von Kristin Rinortner |

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Der Experte für gedruckte, organische Elektronik, InnovationLab, hat einen technischen Durchbruch bei der additiven Fertigung von Leiterplatten erzielt. Da Ätzprozesse entfallen, werden höhere Umweltstandards in der Elektronikproduktion erfüllt und gleichzeitig die Kosten gesenkt. Die Serienproduktion soll Ende des Jahres starten.

3D-gedruckte Leiterplatte: Vollständig bedruckte, lötbare Flex-Leiterplatte mit SMD-Bauteilen vor dem Reflow-Löten (linke Seite) und nach dem Löten (rechte Seite).
(Bild: Innovation Lab)

InnovationLab und sein Partner ISRA haben einen neuen Fertigungsprozess für lötbare Schaltungen auf Basis von Kupfer entwickelt. Die Schaltungen werden additiv im Siebdruckverfahren hergestellt und sind mit herkömmlichen Reflow-Prozessen kompatibel.

Das neue Fertigungsverfahren hat laut den Entwicklern gleich mehrere Vorteile. Die Fertigung gedruckter Elektronik ist ein additiver Prozess, für den keine giftigen Ätzmittel benötigt werden. Da der Prozess bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen von etwa 150 ºC abläuft, wird auch weniger Energie verbraucht. Dazu kommt, dass die bis zu 15-mal dünneren Substrate den Materialverbrauch reduzieren und weniger Produktionsabfälle generieren.

Was ist gedruckte Organische Elektronik?

Organische Elektronik ist eine zukunftsorientierte Technologie, die sich durch umweltfreundliche Energieerzeugung, sparsame Energienutzung und die ressourcenschonende Herstellung von elektronischen Bauteilen unter Verwendung von leitenden und halbleitenden Kunststoffen auszeichnet.

Auch im Hinblick auf den gewünschten Produktionsprozess, die Drucktechnologie, hat organische Elektronik ein hohes Innovationspotential. Die Produktionsmethoden sind einfach, kostengünstig und umweltfreundlich und ermöglichen es der Industrie, elektronische Bauteile auf ökologisch und ökonomisch vertretbare Weise herzustellen.

Beim Bedrucken von Bauteilen mit organischen Materialien wird Tinte aus bestimmten löslichen Polymeren verwendet, die dann mit gängigen Druckverfahren wie Sieb- oder Inkjet-Druck in großen Mengen verarbeitet werden kann. Organische Polymere, die eine nahezu unbegrenzte Anzahl unterschiedlicher Funktionen erfüllen können, können bei relativ niedrigen Temperaturen in großem Maßstab auf eine Vielzahl unterschiedlicher flexibler Substrate gedruckt und dann in Produkte integriert werden.

Prototyp einer 3D-gedruckten Leiterplatte

Die in Heidelberg ansässige Firma hat bereits einen Prototyp hergestellt, der die Hauptbestandteile eines Smart Labels enthält. Kupfertinte gewährleistet eine hohe Leitfähigkeit auf der Leiterplatte. Die Bestückung kann in einem herkömmlichen Reflow-Lötverfahren erfolgen, so dass Hersteller ohne Investitionen in neue Anlagen auf die neue Technologie umsteigen können.

Mit Hilfe des Multi-Layer-Drucks von Metall und Dielektrikum wurden die gewünschten Funktionen realisiert: ein stromsparender Temperatursensor und -logger, eine NFC-Kommunikationsschnittstelle über eine gedruckte Antenne und eine kompakte Batterie. Die Batterie wird über eine gedruckte Solarzelle aufgeladen, so dass das Produkt völlig autark ist.

Das neue Verfahren lässt sich für Standard- und flexible Leiterplatten mit bis zu vier Lagen einsetzen und kann in der Produkt- und Prozessentwicklung für Hybridelektronik verwendet werden.

Serienproduktion bis Ende des Jahres

Dr. Janusz Schinke, Leiter der Abteilung für gedruckte Elektronik bei InnovationLab, erklärt: „Dies ist ein innovativer neuer Produktionsprozess, der die Kosten senken und die logistische Abhängigkeit von Zulieferern verringern wird. Gleichzeitig bringt er drei wichtige Vorteile für die Umwelt mit sich: weniger Materialverbrauch, weniger Energieverbrauch und weniger Abfall.“

Schinke geht davon aus, dass die Entwickler diesen Prozess bis Ende diesen Jahres auf hohe Stückzahlen skalieren können. Damit könne man die Nachfrage der Kunden nach einer Million lötbarer Leiterbahnen oder mehr erfüllen.

Die Forschungsarbeiten wurden durch SmartEEs2 gefördert. Dabei handelt es sich um ein europäisches Projekt, das durch das Forschungs- und Innovationsprogramm Horizont 2020 der Europäischen Union finanziert wird. Das Programm will innovative Unternehmen bei der Integration von flexiblen und tragbaren Elektroniktechnologien unterstützen und so die Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Industrie fördern.