Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Analyse der Kontaktierung metallischer Einlegeteile mit niedrig schmelzenden Metalllegierungen im Integrierten Metall/Kunststoff-Spritzgießen

Kunststoffbauteile für die Elektronik bestehen aus verschiedensten Einzelkomponenten, wobei die einzelnen elektrischen Bauelemente zwecks Strom- und Signalübertragung miteinander kontaktiert werden müssen. Der Einsatz des Integrierten Metall/Kunststoff-Spritzgießens (IMKS) als neuartige Verfahrenskombination aus Thermoplast-Spritzgießen und Metall-Druckgießen bietet die Möglichkeit, elektrische Kunststoffbauteile mit hoher geometrischer Freiheit herzustellen und dabei Elemente wie Stecker, Kontakte, und LEDs direkt mit einer Metalllegierung zu kontaktieren. Auf nachfolgende Fügeprozesse wie Verlöten kann verzichtet werden. Dabei werden an die elektrischen Kontaktierungen hohe Anforderungen hinsichtlich der Lebensdauer und Betriebszuverlässigkeit gestellt. Da es sich beim IMKS um eine sehr junge Ver-fahrensvariante handelt, sind diese Aspekte bisher noch nicht ausreichend unter-sucht worden.

Ziel des geplanten Forschungsvorhabens ist die reproduzierbare Herstellbarkeit stabiler Kontaktierungen von metallischen Einlegeteilen mit niedrig schmelzenden Metalllegierungen und deren Analyse mit dem IMKS-Verfahren.

Hierzu ist eine grundlegende Analyse der Kontaktierung des Einlegers mit der Metalllegierung sowohl auf simulativer als auch experimenteller Ebene notwendig. Zentrale Effekte wie der Einfluss der zu kontaktierenden Materialien, die Anspritzposition der Einleger sowie die gewählten Druckgießparameter auf den Verbund werden untersucht, um Art und Qualität der resultierenden Verbindung bewerten zu können. Die resultierenden elektrischen Eigenschaften, die Dichtheit, die Verbundfestigkeit und die Langzeitbeständigkeit dieser Verbindung muss analysiert und für eine sinnvolle und stabile Prozessführung in der industriellen Anwendung verstanden werden.

Die gewonnenen Erkenntnisse sollen es kleinen und mittelständischen Unternehmen der Elektroindustrie ermöglichen, das IMKS-Verfahren für sich nutzbar zu machen und sich somit neue Anwendungsfelder zu erschließen.

Ergebniszusammenfassung:

Anhand der Erkenntnisse aus dem Forschungsvorhaben sind Gestaltungs- und Prozessrichtlinien zur Herstellung von IMKS-Bauteilen mit erarbeitet worden.

Die erarbeiteten Ergebnisse gliedern sich in mehrere systematisch aufeinander aufbauende Bereiche: Durch die anfängliche Materialauswahl von Kombinationen bestehend aus metallischem Lot und Drahteinleger werden grundsätzliche Entscheidungshilfen für zukünftige Anwendungen dargelegt. Aus der Fertigung der Werkzeugeinsätze zur Herstellung von elektrisch leitfähigen Kunststoffbauteilen mit Einlegeteilen im IMKS können Werkzeugbauer wichtige Informationen hinsichtlich Konstruktionsvorschriften ableiten. Ferner konnten durch die Untersuchung der Prozessparametereinflüsse und der anschließenden Untersuchung hinsichtlich des Einflusses von Material, Form und Länge der Einleger wichtige Gestaltungs- und Prozessrichtlinien für IMKS-Bauteile abgeleitet werden. Aus den Ergebnissen zur elektrischen Leitfähigkeit und Strombelastbarkeit lassen sich Auslegungsvorschriften für Form und Größe der Leiterbahnen im Hinblick auf die erwünschten elektrischen Eigenschaften ableiten. Zudem konnten durch ausgewählte praxisnahe Belastungstests wie dem Salzsprühnebeltest mit anschließender Analyse der elektrischen Eigenschaften die Lebensdauer von IMKS-Bauteilen abgeschätzt werden. Ferner konnten Durch das IMKS-Verfahren konnten Leitfähigkeiten zwischen metallischer Leiterbahn und Einlegern realisiert werden, die im Bereich von klassischen Lötverbindungen liegen.