Additiv gefertigte 3D-Schaltungsträger

Die aktuelle industrielle Revolution (Industrie 4.0) erhält ihr Momentum zu großen Teilen aus Wertschöpfung, die auf intelligenten, vernetzten Produkten und darauf aufbauenden Dienstleistungen basiert. Derartige Produkte müssen per Definition sowohl mechanische als auch elektrische Ansprüche erfüllen, sind also mechatronische Systeme. Die Herstellung der Basiskörper solcher Systeme über additive Fertigungsverfahren birgt Vorteile in der erreichbaren Komplexität, Reduktion der Anzahl an Einzelkomponenten und der kostengünstigen sowie nachhaltigen Fertigung kleiner Stückzahlen.

Es wird eine Prozesskette erarbeitet, die es ermöglicht, additiv gefertigte 3D-Körper zu einem mechatronischen Bauteil zu veredeln, indem unmittelbar auf der Oberfläche elektrisch leitfähige Strukturen erzeugt werden. Die Prozesskette basiert auf der Maskierung der Bauteiloberfläche und dem selektiven Abtrag der Maskierung entsprechend der Schaltungsgeometrie mittels Laserstrahlung, bei dem auch die Bauteiloberfläche bearbeitet wird. In einem nasschemischen Badprozess werden dann nacheinander die Oberfläche mit Palladiumkeimen beaufschlagt, die Maskierung final entfernt und Metallschichten (Cu/Ni/Au) außenstromlos abgeschieden. Der Prozess ist somit nicht auf Spezialwerkstoffe angewiesen, sondern ermöglicht den Einsatz branchenbekannter Materialien aus dem Bereich der additiven Fertigung, sofern diese nicht elektrisch leitfähig sind. Das Verfahren wird am Digital Light Processing als Modellprozess der additiven Fertigung erarbeitet und die erzeugten Metallschichten hinsichtlich Haftfestigkeit (Hot-Bump-Pull-Tests), Leitfähigkeit (Vierleitermessung) und Oberflächenrauheit (Weißlichtinterferometrie) charakterisiert. Zum Nachweis der Transferierbarkeit des Verfahrens auf andere additive Fertigungsverfahren werden Bauteile mit vier weiteren Verfahren, Stereolithographie, PolyJet, selektives Lasersintern und HP Multi Jet Fusion, prozessiert und die Metallstrukturen charakterisiert.