Hintergrund
Kupferkaschierte Verbundwerkstoffe wie FR4 stellen in der klassischen Leiterplattentechnologie das Ausgangsmaterial für die Fertigung von elektronischen Schaltungsträgern dar. Der lithografie- und ätzbasierte Herstellungsprozess ist zwar etabliert, bis zur fertigen Leiterplatte ist aber eine lange Prozesskette notwendig. Des Weiteren sind subtraktive Prozesse im Hinblick auf Ressourcenschonung und Abfallvermeidung nachteilig. Digitale Drucktechniken wie Inkjet stellen insbesondere durch kurze Prozessketten und hohe Layoutflexibilität sehr interessante Alternativen zur Erzeugung von Leiterbahnstrukturen dar. Das Drucken von Silber- bzw. Goldnanopartikeltinten ermöglicht zwar das direkte Aufbringen von Leiterstrukturen, aber die hohen Temperaturen zum Versintern der Nanopartikel nach dem Drucken, die geringe Stromtragfähigkeit der gesinterten Strukturen sowie die hohen Kosten für die Edelmetalltinten schränken das Verfahren in der Praxis stark ein. Um die Vorteile des digitalen Funktionsdrucks bei der Herstellung von Leiterbahnstrukturen dennoch nutzen zu können, kann der Inkjet-Druck mit der außenstromlosen Metallisierung kombiniert werden. Dazu wird der für die Metallisierung notwendige Aktivator (Pd-Keime) mittels digitaler Drucktechnik definiert aufgebracht. Eine Metallisierung erfolgt dann nur auf den zuvor bedruckten Bereichen. Mit dieser Technik können Kupfer- bzw. Nickelleiterstrukturen mit hoher Stromtragfähigkeit volladditiv in einem kostengünstigen Prozess auf einer Vielzahl von Kunststoffsubstraten erzeugt werden; die Post-Sinterung der aufgebrachten Strukturen entfällt.
Projektziel
Ziel des Projekts war die Erarbeitung eines kombinierten Verfahrens aus Inkjet-Druck und außenstromloser Metallisierung als vielversprechender Ansatz zur volladditiven Herstellung von Leiterbahnstrukturen auf unterschiedlichen Kunststoffen. Der Fokus lag auf der Entwicklung von Pd-basierten Aktivatortinten. Neben einer ausreichenden Aktivität der Pd-Keime und einer guten Druckbarkeit der entwickelten Tinten, war die Haftfestigkeit der abgeschiedenen Kupfer- bzw. Nickelstrukturen auf den jeweiligen Substraten von besonderem Interesse. Diese wurde durch den Einsatz von Primern und der Zugabe von Haftvermittlern in die Tintenformulierung erhöht.
Danksagung
Das IGF-Vorhaben 21424 N der Forschungsvereinigung Edelmetalle + Metallchemie wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
