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3D-gedruckte MID-Grundkörper

Temperaturstabile Bauteile im Rapid-Prototyping Verfahren mit Nickel-freien Schichtsystemen

Dr. Kerstin Gläser
Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V.

Rapid-Prototyping-Verfahren zeichnen sich durch einen geringen Initialaufwand, eine hohe Flexibilität und damit eine hohe Wirtschaftlichkeit bei der Herstellung kleiner Losgrößen aus. In kurzer Zeit und mit verhältnismäßig geringem Kostenaufwand lassen sich Ansichts- und Funktionsmodelle oder erste Muster für die Erprobung gestalten. Je nach Verfahren können bei kleinen Stückzahlen oder individualisierten Produkten, Bauteile aus Rapid Prototyping Prozessen auch direkt als Produkt eingesetzt werden. Die Anfangskosten beim Aufbau von MIDs werden vor allem durch die Herstellung des Spritzgusswerkzeuges verursacht. An dieser Stelle setzen Verfahren zum Rapid Prototyping von MIDs an. Hahn-Schickard verwendet für das Rapid Prototyping von MIDs zwei Prozesse. Zum einen lässt sich der MID-Grundkörper direkt mittels additiver Verfahren aus Kunststoff aufbauen und der andere Weg führt indirekt über das Rapid Tooling des Spritzgusswerkzeugeinsatzes.

Beim direkten Verfahren wird der MID-Grundkörper direkt mittels additiver Verfahren aus Kunststoff aufgebaut. Dafür eignet sich beispielsweise das Digital Light Processing (DLP), mit welchem ähnlich wie bei der Stereolithografie Bauteile aus einem flüssigen Polymer aufgebaut werden. Das bei Hahn-Schickard vorhandene System zeichnet sich dadurch aus, dass sich auch Materialien mit anorganischen Füllstoffen mit vergleichsweise guter Temperaturstabilität verarbeiten lassen. Für die Prozessierung additiv gefertigter Bauteile nach dem LPKF-LDS-Prozess werden die Bauteile mit Rapid Prototyping Verfahren mit einem speziellen Lack mit laseraktivierbaren Additiven (ProtoPaint LDS) beschichtet. Danach lässt sich mittels Laserstrukturierung und nachfolgender außenstromloser Metallisierung das Leiterbahnlayout aufbringen. Die so erzeugten Leiterstrukturen sind bezüglich ihrer elektrischen Eigenschaften sowie der Haftfestigkeit und Oberflächenrauheit mit Leiterstrukturen auf konventionellen MIDs vergleichbar. Aufgrund der begrenzten Temperaturbelastbarkeit der additiv gefertigten Grundkörper wurden für die Bestückung mit SMD-Bauelementen alternative Prozesse zur herkömmlichen Ofenlötung mit bleifreien Loten wie SnAgCu-Legierungen entwickelt. Zum einen lassen sich SMD-Bauelemente mittels Laserlöten aufbauen. Durch das Aufschmelzen der Lotpaste mit Laserstrahlung wird eine zeitlich und örtlich sehr definierte und schonende Aufheizung erreicht. Zum anderen kann auch eine niedrigschmelzende Lotpaste auf Basis einer SnBi-Legierung eingesetzt werden. Dadurch ist der Lötprozess auch in einem konventionellen Durchlaufofen durchführbar. Somit können SMD-Bauelemente bis zu einer minimalen Größe 0402 bestückt werden, wodurch zum Beispiel das Rapid Prototyping von Sensorsystemen mittels MID-Technik machbar ist.

Anwendungsmöglichkeiten

  • Generative Herstellung von MID-Grundkörpern

  • SMD-Bestückung, 3D-gedruckter Bauteile durch Laserlöten und niedrigschmelzende Lotpasten auf Basis von SnBi Legierung

  • Kleinserienherstellung für individuelle Produktreihen

Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V.

Hahn-Schickard steht für industrienahe, anwendungsorientierte Forschung, Entwicklung und Fertigung in der Mikrosystemtechnik. Über 200 Mitarbeiter entwickeln in Stuttgart, Villingen-Schwenningen und Freiburg Lösungen in der Mikrosystemtechnik – von der ersten Idee bis hin zur Produktion. Wir sind regional verwurzelt und zugleich global gefragter Partner: In vertrauensvoller Zusammenarbeit mit der Industrie realisieren wir innovative Produkte und Technologien in den Bereichen Sensorik und Aktorik, Systemintegration, Cyber-physische Systeme, Kommunikationstechnik, Softwareentwicklung, Lab-on-a-Chip und Analytik, Mikroelektronik, Aufbau- und Verbindungstechnik, Mikromontage und Zuverlässigkeit.

Ihr Ansprechpartner
Dr. Kerstin Gläser
Gruppenleiterin Drucktechnik

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