Funktionale Schichten energie- und ressourceneffizient herstellen

Funktionale Oberflächen und Schichten
15.05.2019
Erstellt von Phoenix Feinbau GmbH & Co. KG und Photonik Forschung Deutschland

Photonik trifft auf individualisierte Massenproduktion: Im BMBF-Projekt InKonMass entwickelten die Projektpartner ein laserbasiertes Verfahren, mit dem Funktionsschichten flexibel und ortsselektiv erzeugt werden können. Das inline-fähige additive Verfahren ermöglicht Ersparnisse bei Kosten, Energie- und Materialaufwand.

Bild einer Anlage in einer Produktionshalle
Bild 1: Das neuartige Verfahren wurde mit einer spezifizierten, hochautomatisierten Bihler-Fertigungsanlage erprobt. Bild: InKonMass/Phoenix Feinbau

Eine der wesentlichen Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts ist die Funktionalisierung von Oberflächen und Schichten. Dafür sind hochpräzise Werkzeuge erforderlich, die zugleich zuverlässig und effizient arbeiten. Kaum eine Technologie vereinigt diese Eigenschaften wie die Photonik: Photonische Fertigungsverfahren bieten die Möglichkeit, kosten-, energie- und materialeffizient Funktionsschichten herzustellen. Das beweist das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützte Projekt „Laser-basiertes Inline-Verfahren zur ressourcen- und energieeffizienten elektrischen Kontaktierung für die Massenproduktion“ (InKonMass).

Die Partner Phoenix Feinbau GmbH & Co. KG, Phoenix Contact GmbH & Co. KG, SPI GmbH, Heraeus Precious Metals GmbH, Otto Bihler Maschinenfabrik GmbH und Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT haben ein inline-fähiges additives Laserfertigungsverfahren für die Elektronikindustrie entwickelt, um an ausgewählten Stellen (ortsselektiv) auf metallischen Bauteilen elektronische Funktionsschichten aus Gold aufzubringen.

Neues Verfahren übertrifft das zum Projektstart gesteckte Ziel

Ziel des Projekts war es, leitfähige Edelmetallschichten auf elektrischen Kontakten aufzubringen, und zwar bei Produktionsraten von bis zu 100 Bauteilen pro Minute. Der entwickelte InKonMass-Prozess kann 300 Kontaktflächen (2 x 1 mm) in einer Minute mit Gold beschichten – und übertrifft damit das zu Projektstart festgelegte Ziel deutlich. Für das neuartige Verfahren wurden in einer hochautomatisierten Bihler-Fertigungsanlage (Bild 1) ein Tampondrucksystem zum Aufbringen der Goldpaste, ein Infrarotwärmestrahler zum Trocknen der Paste und zwei Lasersysteme zur Vorreinigung und zur abschließenden Funktionalisierung, integriert und erprobt.

Funktionalität und Widerstandsfähigkeit erprobt

Nach abschließenden Optimierungen des Gesamtsystems ist es nun möglich, auf der Anlage ortsselektive elektronische Funktionsschichten aus Gold auf metallischen Bauteilen zu fertigen. Die im Rahmen des Forschungsprojekts durchgeführten Messungen und Versuche belegen, dass die InKonMass-Kontakttulpen (Bild 2) hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit und der Korrosionsbeständigkeit auf dem Niveau galvanisch (= konventionell) vergoldeter Kontakttulpen (Bild 3) liegen.

Individuelle Bauteile in kleiner Stückzahl effizient produzieren

Die Entwicklung des neuen energieeffizienten und ressourcenschonenden Verfahrens und der Anlagentechnik hat ein hohes Anwendungspotenzial, vor allem für individuelle Bauteile mit kleinen Stückzahlen und hoher Varianz. Mit dem neu entwickelten Prozess lassen sich ca. 80 Prozent des teuren Edelmetalls einsparen. Bei einer Produktion von mehreren Millionen Kontaktbauteilen stellt dies ein sehr großes Einsparpotenzial der Oberflächenkosten dar. Darüber hinaus bietet das neue Laserfertigungsverfahren gegenüber den herkömmlichen galvanischen und chemischen Verfahren den Vorteil, dass es weniger kosten- und zeitintensiv sowie umweltfreundlicher ist, da keine Chemikalien eingesetzt werden.

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung hat das Projekt InKonMass im Rahmen der Förderinitiative „Die Basis der Photonik: funktionale Oberflächen und Schichten“ von 2014 bis 2018 mit 4,3 Millionen Euro gefördert.

Weitere Informationen

Kurzvorstellung des Projekts

Förderinitiative „Die Basis der Photonik: funktionale Oberflächen und Schichten“

Grafische Darstellung der InKonMass-Kontakttulpen
Bild 2: Die InKonMass-Kontakttulpen liegen hinsichtlich Leitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit auf dem Niveau galvanisch vergoldeter Kontakttulpen (Bild 3). Bild: InKonMass/Phoenix Feinbau
Grafische Darstellung galvanisch vergoldeter Kontakttulpen
Bild 3: Galvanisch, also konventionell, vergoldete Kontakttulpen. Bild: InKonMass/Phoenix Feinbau