Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Metallisierungssysteme für Leiterbahnen auf polymerbasierten Schaltungsträgern mit erhöhter Zuverlässigkeit

Durch die Möglichkeit der dreidimensionalen Gestaltung von polymerbasierten Schaltungsträgern durch Spritzguss und anschließender 3D-Strukturierung finden diese weitverbreiteten Einsatz in vielen Branchen wie z. B. Automobilindustrie, Medizintechnik und Kommunikationstechnik.

Mit zunehmenden Einsatzmöglichkeiten und zunehmender Verbreitung derartiger Schaltungsträger bekommt der Aspekt der Zuverlässigkeit eine ständig steigende Bedeutung. Somit muss schon bei Auslegung und Design höchste Priorität auf die Zuverlässigkeit gelegt werden. Weiter ist es nötig, bei der Fertigung der Schaltungsträger die zuverlässigkeitsbeeinflussenden Parameter sowie deren Prozessfenster genau zu kennen und zu überwachen.

Im geplanten Vorhaben sollen Metallisierungssysteme für Leiterbahnen auf polymerbasierten Schaltungsträgern in LPKF-LDS® Technologie mit erhöhter Zuverlässigkeit erarbeitet werden. Es werden Einflussparameter auf die Bauteilzuverlässigkeit wie z. B. das Metallisierungssystem und Prozessparameter der Metallisierung identifiziert. Die Charakterisierung im Hinblick auf die Zuverlässigkeit soll vor allem mittels Biegewechselprüfung und Umwelttest erfolgen. Auf Basis der Untersuchungsergebnisse sollen Schichtsysteme mit erhöhter Zuverlässigkeit aufgebaut werden und in abschließenden Umwelttests auf 3D Prüfkörpern mit Standardsystemen verglichen und bewertet werden.

Aufgrund des daraus resultierend grundlegend verbesserten Prozessverständnisses ergeben sich insbesondere für KMU, die üblicherweise keine tiefergehenden FuE-Aktivitäten durchführen können, jedoch stark an den relevanten Prozessen beteiligt sind, eine Erhöhung der Fertigungs- und Ressourceneffizienz sowie eine Einstiegserleichterung in eine zukunftsfähige Technologie mit hohem Marktpotenzial und damit eine Stärkung ihrer Wettbewerbsposition. Für Anwender ergibt sich die Erschließung neuer Anwendungsbereiche polymerbasierter 3D-Schaltungsträger, insbesondere in sicherheitskritischen Anwendungen.

Ergebniszusammenfassung:

Spritzgegossene Schaltungsträger (Molded Interconnect Devices – MID) basieren meist auf dreidimensionalen polymeren Substratmaterialien. Durch die Kombination mit maskenlosen Verfahren, wie der Laserdirektstrukturierung (LDS) und der außenstromlosen Metallisierung zu Herstellung von komplexen Leiterbahn-Layouts, sowie der anschließenden 3D-Bestückung von Bauteilen unterschiedlichster Art und Funktion lassen sich individuelle, miniaturisierbare und hochintegrierte Schaltungsträger realisieren. Solche hochkomplexen mechatronischen Systeme und Mikrosysteme finden bereits in verschieden Branchen Anwendung. Dazu zählen:

• Automotive

• Automatisierungstechnik

• Medizintechnik

• Informations- und Kommunikationstechnik

Dabei ist eine hohe Zuverlässigkeit vor allem in sicherheitsrelevanten Bereichen essentiell für den Einsatz von MID. Um diese Zuverlässigkeit zu gewährleisten bzw. zu steigern wurden im Vorhaben MetaZu fundamentale Untersuchungen zu LDS und der Metallisierung mit Cu/Ni/Au durchgeführt und die erarbeiteten Leiterbahnen eingehend auf ihre thermische und mechanische Zuverlässigkeit getestet. Hierfür wurden Umwelttests, sogenannte Temperaturschocktests, und Biegewechselfestigkeitstests durchgeführt. Aus den erhaltenen Ergebnissen konnten sich Empfehlungen bzw. Design-Kriterien für die Herstellung zuverlässiger Leiterbahnen ableiten lassen, welche den fertigenden KMU ermöglicht ihre Produktqualität zu steigern. Dadurch gewinnen Anwendern an Sicherheit, sodass die Akzeptanz von MID in den genannten Branchen gesteigert werden kann. Die Ergebnisse sollen durch die Integration in die VDI/VDE Richtlinie 3719 zur "Herstellung von mechatronisch integrierten Baugruppen" allen Unternehmen offen stehen.