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Erzeugung elektrisch leitfähiger Strukturen für die Stereolithographie

Studienarbeit 2008 67 Seiten

Ingenieurwissenschaften - Maschinenbau

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Grundlagen und Stand der Technik
2.1 Das Verfahrensprinzip der Stereolithographie
2.2 Methoden zur Erzeugung elektrisch leitfähiger Strukturen und zum Multi-Material Auftrag

3 Zielsetzung und Vorgehensweise

4 Experimentelles Vorgehen
4.1 Methoden zur Ermittlung der spezifischen Leitfähigkeit und der Stromtragfähigkeit
4.1.1 Berechnung der spezifischen Leitfähigkeit
4.1.2 Widerstandsmessung mit Hilfe eines Multimeters
4.1.3 Widerstandsmessung mit der Vierspitzenmethode
4.1.4 Messverfahren zur Bestimmung der Stromtragfähigkeit
4.2 Einbringen leitfähiger Füllstoffe in das SLA-Harz AccuGen
4.2.1 AccuGen100/Silberflocken Leitkleber
4.2.2 Leitfähigkeitsruss als Füllstoff in AccuGen
4.2.3 Herstellen von AccuGen100/Flocken-Graphit Dispersionen
4.2.4 Schlussfolgerung
4.3 Modifizieren nichtleitender Materialien durch Laserstrahlung zur Erzeugung leitfähiger Strukturen
4.3.1 Thermische Modifikation von Lotpaste durch Laserstrahlung
4.3.2 Lasersintern von Indium-Zinn-Oxid zur Erzeugung leitfähiger Strukturen
4.4 Untersuchungen zu intrinsisch leitfähigen Materialsystemen
4.5 Bewertung verschiedener Materialsysteme hinsichtlich ihrer Integrierbarkeit in den eSLA-Prozess
4.5.1 Materialkompatibilität mit dem AccuGen
4.5.2 Flexibilität und 3D-Fähigkeit
4.5.3 Minimal realisierbare Auflösung

5 Zusammenfassung und Ausblick

6 Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Prinzip additiver Rapid Prototyping Verfahren

Abbildung 2: Übersicht additiver Rapid Prototyping Verfahren

Abbildung 3: Übersicht additiver Rapid Prototyping Verfahren

Abbildung 4: Prinzipskizze des Siebdruck-Verfahrens

Abbildung 5: Weißer Bestückungsdruck auf Leiterplatten

Abbildung 6: Drahtflammspritzen, Variante des thermischen Spritzens

Abbildung 7: Industrielle Anwendung des Pulver-Flammspritzens

Abbildung 8: Stanzgitter als Einlegeteile in SLA-Bauteile

Abbildung 9: Prinzipskizze des Multi-Jet-Modeling

Abbildung 10: Multi-Jet-Modeling Bauteile

Abbildung 11: Peristaltisches Mikrodosiersystem

Abbildung 12: Bewertungsmatrix untersuchter Material-Auftrags-Verfahren

Abbildung 13: Widerstandmessung mittels Vierspitzenmethode

Abbildung 14: Versuchsaufbaus zur Stromtragfähigkeitsmessung

Abbildung 15: Thermokamera-Aufnahme eines stromdurchflossenen Leiters

Abbildung 16: Apparatur zum Einkneten von Füllstoffen in SLA-Harz

Abbildung 17: Spezifische Leitfähigkeit von AccuGen100/Ruß Blends

Abbildung 18: Stromtragfähigkeit bei einer Rußkonzentration von 50Gew.-%

Abbildung 19: Stromtragfähigkeit bei einer Rußkonzentration von 80Gew.-%

Abbildung 20: Hexagonale Kristallstruktur des Graphit

Abbildung 21: Beispielhafte Zusammensetzung industrieller Lotpaste

Abbildung 22: Lotpaste Sn95Ag5 nach Laserbestrahlung

Abbildung 23: Spez. Leitfähigkeit der Lotpaste Sn96Ag4

Abbildung 24: Verengtes Prozessfenster bei hoher Vorschubgeschwindigkeit

Abbildung 25: Balling-Effekt und leitfähige Struktur

Abbildung 26: Stromtragfähigkeit von Lotpaste Sn96Ag4

Abbildung 27: Versuchsaufbaus zur Stromtragfähigkeitsmessung

Abbildung 28: Flächenwiderstandsmessung von Baytron F CCP 105DM

Abbildung 29: Stromtragfähigkeit von Baytron F CCP 105DM

Abbildung 30: Auftrag leitfähiger Materialsysteme

Abbildung 31: Implementieren leitfähiger Materialsysteme

1 Einleitung

Der in den letzten Jahren deutlich gestiegene Anteil elektronischer Komponenten in modernen Kraftfahrzeugen hat dazu geführt, dass diese Bauteile bereits über 30% des Gesamtgewichtes eines Automobils der Oberklasse ausmachen. Aufgrund dieser stetig wachsenden Anzahl an elektronischen Komponenten kommt der Kombination dieser Bauteile mit mechanischen Elementen auf möglichst geringem Raum eine immer größere Bedeutung zu. Sogenannte mechatronische Systeme bieten genau diese Vorteile einer hohen Integration unterschiedlicher Komponenten mit geringem Platzbedarf. Aber auch ein minimierter Verdrahtungsaufwand, eine Reduzierung der elektromagnetischen Empfindlichkeit, sowie eine wirtschaftlichere Fertigung sind weitere Vorteile mechatronischer Systeme.

Aus diesem Grund werden im Rahmen des durch die Deutsche Forschungsgesellschaft geförderten Sonderforschungsbereichs 694 „Integration elektronischer Komponenten in mobile Systeme“, Verfahren für die wirtschaftliche Produktion „intelligenter“ mechatronischer Komponenten und deren fertigungstechnische Integration in Kraftfahrzeuge untersucht.

Ziel dieses Teilprojekts ist die Erforschung eines generativen, hybriden Fertigungsverfahrens zum Aufbau komplexer, hochintegrierter 3D Baugruppen, die den hohen Anforderungen an mechatronische Baugruppen in modernen Kraftfahrzeugen genügen. Hierbei soll das flexible Verfahren der Stereolithographie (SLA) mit dem direkten Einbetten von Funktionskomponenten zur sogenannten eingebettenden Stereolithographie (eSLA) kombiniert werden. Gleichzeitig sollen elektrisch leitfähige Strukturen während des Bauprozesses generiert werden. [i]

Im Rahmen dieser Studienarbeit sollen nun verschiedene Materialien und Verfahren, die bereits zur Erzeugung elektrisch leitfähiger Strukturen eingesetzt werden, hinsichtlich der elektrischen Eigenschaften und der Integrierbarkeit in den Prozess der eSLA experimentell untersucht werden. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf der Materialkompatibilität, der Leitfähigkeit, der Stromtragfähigkeit sowie der Automatisierbarkeit.

2 Grundlagen und Stand der Technik

2.1 Das Verfahrensprinzip der Stereolithographie

Die Stereolithographie (SLA) ist ein additives Fertigungsverfahren zur Herstellung von Prototypen und lässt sich den Rapid Prototyping Technologien zuordnen. Darunter versteht man die automatisierte Fertigung von Teilen, Werkzeugen oder Formen, signifikant schneller als der Durchschnitt. [2] Der Ursprung des Rapid Prototyping basiert auf dem schichtweisen Aufbau dreidimensionaler Modelle, wodurch komplexe Bauteilgeometrien mit Hinterschnitten, Freiformflächen oder Hohlstrukturen schnell und kostengünstig hergestellt werden können. Es existieren verschiedene additive Methoden zur schnellen Fertigung von Prototypen, die hier allerdings nicht explizit aufgeführt werden sollen. Das Prinzip dieser Verfahren ist jedoch immer das Gleiche (siehe Abbildung 1). Ein zunächst erstelltes digitales Abbild des zu fertigenden Modells (3D CAD-Modell) wird in schichtweiser Darstellung dem Prozessrechner übergeben.

Abbildung in dieserLeseprobenichtenthalten

Dieser steuert den schichtweisen Bau der Prototypen, der vollautomatisiert durchgeführt werden kann. Nach dem eigentlichen Bauprozess ist zumeist noch eine Nachbearbeitung des Bauteils nötig, um eine endgültige Aushärtung zu erhalten.

Eine mögliche Einteilung additiver Rapid Prototyping Verfahren zeigt folgende Abbildung. Ausgehend vom Aggregatszustand des zu verarbeitenden Materials, wird die chemische oder mechanische Behandlung des Ausgangswerkstoffs genannt. Der Werkstoff des in dieser Arbeit betrachteten SLA-Prozesses ist ein flüssiges Photopolymer, namentlich AccuGen100 der Fa. 3D Systems, welches, angestoßen durch die eingebrachte Energie eines Laserstrahls einer bestimmten Wellenlänge, polymerisiert, und dadurch lokal aushärtet.

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Das genaue Verfahrensprinzip der Stereolithographie ist in Abbildung 3 dargestellt. Der Bauprozess geschieht in einem Bad, welches mit den Basismonomeren des photosensitiven Harzes gefüllt ist. Auf einer absenkbaren Plattform wird zunächst eine Supportstruktur gebaut, die das anschließend zu fertigende Bauteil stabilisieren soll. Hierzu fährt ein UV-Laser, der von einem Computer über bewegliche Scanspiegel gesteuert wird, auf der Harzoberfläche die Konturen ab, die ausgehärtet werden sollen. Nach jeder gefertigten Schicht wird das Werkstück wenige Mikrometer in die Flüssigkeit abgesenkt, und auf eine Position zurückgefahren, die um den Betrag einer Schichtstärke unter der Vorherigen liegt. Das flüssige Harz über dem Formteil wird dann durch einen Wischer gleichmäßig verteilt und anschließend wieder mit dem Laser bestrahlt, sodass Schicht für Schicht ein dreidimensionales Modell entsteht.

Abbildung in dieserLeseprobenichtenthalten

Für die Idee der Einbettenden SLA wird dieser beschriebene Basisprozess um elektronische und mechanische Funktionskomponenten erweitert. Hierzu soll noch ein SMD-Bestückautomat sowie ein Verfahren zur Erzeugung elektrisch leitfähiger Strukturen in den SLA-Prozess integriert werden. Zur Auswahl des geeignetsten Verfahrens sollen im folgenden Abschnitt zunächst bekannte Methoden zur Erzeugung leitfähiger Strukturen betrachtet und anschließend hinsichtlich ihrer Vorteilhaftigkeit für den SLA-Prozess beurteilt werden.

2.2 Methoden zur Erzeugung elektrisch leitfähiger Strukturen und zum Multi-Material-Auftrag

Aufgrund der großen Vielfalt der Methoden zur Erzeugung elektrisch leitfähiger Strukturen für die verschiedensten Anwendungsgebiete werden im Folgenden nur die Verfahren vorgestellt, die bereits in einer Vorgängerarbeit in die engere Auswahl gekommen sind. Hierunter fällt das Siebdruckverfahren, das thermische Spritzen, die Verwendung eines Stanzgitters, das Multi-Jet-Modeling / Jetten und das Dispensverfahren. Diese sollen außerdem hinsichtlich ihrer Eignung für den Teilprozess der Erzeugung leitfähiger Strukturen für die Einbettende Stereolithographie beurteilt werden. Ein Kriterium wird die systemtechnische Integrierbarkeit darstellen. Sie soll aufzeigen, in welchem Maß eine Prozessvariante automatisierbar ist, und eventuelle Vor- oder Nachbearbeitungen berücksichtigen. Außerdem betrachtet dieses Kriterium auch mögliche Beeinträchtigungen des SLA-Prozesses durch ein Verfahren, wie zum Beispiel erhöhte Temperaturen oder Emissionen, die den Laserstrahl beeinflussen könnten. Als Zweites wird die mit jedem Prozess erreichbare Leitpfadgüte untersucht. Es werden Aussagen zu Dauerhaftigkeit und Leitfähigkeit gegeben, die materialunabhängig mit der jeweiligen Prozessvariante realisiert werden können. Letztes Kriterium wird schließlich die Flexibilität hinsichtlich des Auftrags leitfähiger Strukturen sein, sprich die Freiheitsgrade jedes Verfahren sollen aufgezeigt werden.

Der Siebdruck ist ein Druckverfahren, bei dem die Druckfarbe mit einem wischer-ähnlichen Werkzeug, der Rakel, durch ein feinmaschiges textiles Gewebe hindurch auf das zu bedruckende Material gedruckt wird. An denjenigen Stellen des Gewebes, wo dem Bildmotiv entsprechend keine Farbe gedruckt werden soll, sind die Maschenöffnungen des Gewebes durch eine Schablone farbundurchlässig gemacht worden. [3]

Nach Aufbringen des Rahmens auf das zu bedruckende Material wird die Druckfarbe mit der Rakel gleichmäßig auf der ganzen Fläche verteilt. Während dieses Vorgangs wird der Bedruckstoff mittels eines Vakuums am Drucktisch fixiert, um ein Verschieben oder Verkleben zu vermeiden.

Abbildung in dieserLeseprobenichtenthalten

Im Vergleich zu anderen Druckverfahren ist die Druckgeschwindigkeit allerdings relativ gering. Der Siebdruck wird hauptsächlich im Bereich der Werbung und Beschriftung, im Textil- und Keramikdruck und für industrielle Anwendungen eingesetzt. Konkrete Beispiele sind das Auftragen von weißem Bestückungsdruck auf Leiterplatten oder das Fertigen von Tastaturfolien als Bedienungsoberfläche für elektrische Geräte wie Getränkeautomaten. [3]

Für den Teilprozess der Erzeugung leitfähiger Strukturen in der eSLA könnte statt der hier beschriebenen Druckfarbe ein leitfähiges Materialsystem verwendet werden, um an den gewünschten Stellen im Bauteil elektrische Leitfähigkeit durch Aufdrucken zu erzeugen. Dieses Aufdrucken stellt allerdings schon den entscheidenden Nachteil dieses Verfahrens dar.

Abbildung in dieserLeseprobenichtenthalten

Zwar lässt sich dieser Prozess gut automatisieren, jedoch wird sich eine Verunreinigung des Harzbades durch das aufgebrachte Materialsystem wohl nur schwer vermeiden lassen. Darüberhinaus würde es zum direkten Kontakt des Rahmens mit dem Harzbad kommen, wodurch ebenfalls Verunreinigungen entstehen können. Die erreichbare Leitfähigkeit mit dieser Methode ist natürlich sehr stark vom verwendeten Materialsystem abhängig. Der Prozess an sich kann hierauf nur sehr gering Einfluss nehmen, zum Beispiel über die vorherrschende Temperatur beim Materialauftrag.

Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens ist die zwangsläufig verwendete Schablone, um nur an den gewünschten Stellen die Druckfarbe auf den Bedruckstoff aufzutragen. Dadurch ist der Auftrag der leitfähigen Strukturen sehr starr und unflexibel. Eine Änderung des leitfähigen Layouts verlangt gleichzeitig eine Änderung der Schablone, was wiederum zu längeren Prozesszeiten führt. Deshalb erhält dieses Verfahren im Vergleich mit den nun Folgenden die schlechteste Bewertung (siehe Abbildung 12).

Die Verfahren des thermischen Spritzens sind Oberflächenbeschichtungsverfahren. Die als Pulver oder als Draht vorliegenden Beschichtungsmaterialien werden in einer energiereichen Wärmequelle aufgeschmolzen und durch geeignete Mittel, zum Beispiel durch einen Gasstrom, als Tröpfchen auf das Substrat aufgesprüht. Die Bauteiloberfläche wird dabei nicht angeschmolzen und nur in geringem Maße thermisch belastet.

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Eine Schichtbildung findet statt, da die Spritzpartikel beim Auftreffen auf die Bauteiloberfläche prozess- und materialabhängig mehr oder minder abflachen, vorrangig durch mechanische Verklammerung haften bleiben und lagenweise die Spritzschicht aufbauen. Qualitätsmerkmale von Spritzschichten sind geringe Porosität, gute Anbindung ans Bauteil, Rissfreiheit und homogene Mikrostruktur. Die erzielten Schichteigenschaften werden maßgeblich beeinflusst von der Temperatur und der Geschwindigkeit der Spritzpartikel zum Zeitpunkt ihres Auftreffens auf die zu beschichtende Oberfläche. Der Oberflächenzustand (Reinheit, Aktivierung, Temperatur) übt ebenfalls maßgeblichen Einfluss auf Qualitätsmerkmale wie die Haftfestigkeit aus. [iii]

Folgende Verfahrensvarianten können unterschieden werden:

- Draht-Flammspritzen
- Pulver-Flammspritzen
- Plasmaspritzen
- Laserspritzen
- Detonationsspritzen
- Kaltgasspritzen
- Lichtbogenspritzen [ii]

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Vorteilhaft im Vergleich zum Siebdruckverfahren ist hier vor allem, dass es zu keiner mechanischen Berührung zwischen Harzbad und System kommt. Jedoch wird schon anhand der Bilder deutlich, dass es zu einer thermischen Beeinträchtigung des AccuGen100 kommen kann. Über die möglichen auftretenden Wechselwirkungen zwischen Flamme und Harz ist jedoch nichts Näheres bekannt und müsste noch gesondert untersucht werden. Für dieses Verfahren spricht die gute Automatisierbarkeit sowie eine relativ große Auswahl an verwendbaren Materialien.

Nachteilig zu bewerten ist allerdings die geringe Flexibilität dieses Verfahrens hinsichtlich des Aufbringens leitfähiger Strukturen. Zum Einen ist keine 3D-Fähigkeit gegeben, da nur sehr geringe Schichtdicken realisierbar sind, und zum Anderen ist keine dauerhaft konstante Auflösung der Leiterbahn erreichbar. Durch das Aufspritzen der Partikel lässt sich der genaue Auftreffpunkt nicht kontrollieren, was auch zu einer verringerten Leitpfadgüte führt, wie vergleichsweise beim Siebdruckverfahren. Allerdings lassen sich geometrische Änderungen der Verfahr-bewegung zum Aufbringen eines anderen Schaltbildes deutlich einfacher bewerkstelligen als mit dem Siebdruckverfahren. Dieser Punkt bringt dem thermischen Spritzen eine bessere Gesamtbewertung ein als dem Siebdruck (siehe Abbildung 12).

Ein weiteres Verfahren, das in die engere Auswahl gerückt ist, ist die Verwendung eines Stanzgitters, das als bereits vorgeformte leitfähige Struktur in das SLA-Bauteil eingelegt werden kann. Eingesetzt werden Stanzgitter vor allem für Anwendungen, bei denen hohe Ströme auf engem Raum verteilt werden müssen, beispielsweise im Automobil. Häufig werden mehrere Stanzgitter zu einem ganzen Paket zusammengefasst, wobei die einzelnen Gitter zueinander über eine Trennschicht isoliert sind. Teilweise werden diese Pakete auch mit Kunststoff umspritzt, um sie zu stabilisieren und gegen äußere Einflüsse zu schützen. Abbildung 8 zeigt zwei Stanzgittervarianten, die aus einem Metallstreifen in einem einzigen Fertigungsschritt herausgetrennt wurden.

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Zur Herstellung eines fixen Schaltungslayouts, das nicht verändert werden soll, eignet sich dieses Verfahren somit hervorragend. Verwendetes Material ist Metall, wodurch eine sehr gute Leitfähigkeit gegeben ist. Für höhere Stromstärken können mehrere Gitter direkt übereinander gelegt werden und dies mit einer Geschwindigkeit, die von keinem weiteren hier betrachteten Verfahren erreicht wird. Darüberhinaus entstehen keinerlei Beeinträchtigungen des Harzbades oder des SLA-Prozesses. Auch Emissionen, wie sie zum Beispiel beim thermischen Spritzen auftreten können, spielen hier keine Rolle.

Zwei Nachteile sind jedoch zu nennen. Einerseits müssen die Stanzgitter in einem vorgelagerten Fertigungsverfahren hergestellt werden und können nicht erst im eigentlichen SLA-Prozess generativ erzeugt werden. Andererseits ist keinerlei Flexibilität des Schaltungslayouts gegeben. Das Layout wird bei der Produktion der Stanzgitter festgelegt und kann anschließend nicht mehr verändert werden.

Das Multi-Jet-Modeling ist, wie die Stereolithographie, auch ein Verfahren des Rapid Prototyping. Hierbei wird ein Modell mittels mehrerer linear angeordneter Düsen, ähnlich dem Verfahrensprinzip eines Tintenstrahldruckers, schichtweise aufgebaut. Dabei wird ein circa 60°C heißer Thermoplast mithilfe einer durch einen Plottermechanismus geführten Düse auf die Grundplatte aufgespritzt. [9] Nach Fertigstellen einer gesamten Schicht wird die Bauplattform um eine Schichtdicke abgesenkt und der Prozess beginnt von vorne.

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Abbildung 10 zeigt zwei Ergebnisse eines MJM-Bauprozesses. Vorteil dieses Verfahrens liegt besonders in der hohen Auflösung der Modelle. In z-Richtung können Schichtstärken von 800 DPI (entspricht ca. 32 µm) erreicht werden. In x- und y-Richtung können Schichten mit einer Auflösung von 656 DPI gedruckt werden.

Abbildung in dieserLeseprobenichtenthalten

Mit einem entsprechenden leitfähigen Materialsystem könnte dieses Verfahren in der Art variiert werden, dass der Druckkopf kein ganzes Bauteil erstellt, sondern nur die leitfähigen Strukturen in das SLA-Bauteil einfügt. Einzige Einschränkung hierbei wäre, dass das verwendete leitfähige Materialsystem dispensfähig sein muss, sprich es muss sich über eine Düse auf das SLA-Bauteil auftragen lassen. Industriell hergestellte Produkte, die für dieses Verfahren interessant wären, sind zum Beispiel Silberleitkleber oder intrinsisch leitfähige Polymere. Da es sich bei diesen Materialien nicht um reine metallische Leiter handelt, kann keine mit dem Stanzgitter vergleichbare Leitfähigkeit erreicht werden, jedoch befinden sich Leitkleber durchaus in einem Leitfähigkeitsbereich zwischen den Halbleitern und den Metallen. Ebenso verhält es sich mit industriell hergestellten, leitfähigen Kunststoffen. Die erreichbare Leitpfadgüte mit diesem Verfahren ist also im Vergleich zu einem Stanzgitter geringer einzustufen. Jedoch lassen sich aufgrund eines sehr zuverlässigen und geordneten Auftragsverfahrens wiederum bessere Resultate als mit dem thermischen Spritzen realisieren.

Ein großer Vorteil dieses Verfahrens ist, dass es, wie die Stereolithographie, auf dem Prinzip des Rapid Prototyping basiert, was eine Kombination dieser beiden Methoden relativ einfach erscheinen lässt. Eine Integration des Multi-Jet-Modeling in die SLA-Anlage dürfte prinzipiell keine unlösbaren Schwierigkeiten darstellen. Eine Vereinigung beider Verfahren würde zu keinerlei systemtechnischer Verunreinigung des Harzbades führen. Ebenso dürfte eine Vor- oder Nachbehandlung der aufgetragenen leitfähigen Strukturen nicht erforderlich sein. Dies wäre allerdings vom letztlich ausgewählten Materialsystem abhängig.

Da bei einem Rapid Prototyping Verfahren ein Bauteil schichtweise entsteht, sind komplexe Gestaltungsmöglichkeiten realisierbar. Dies würde sich auch positiv auf die Verlegung der leitfähigen Strukturen auswirken, da an nahezu jeder beliebigen Stelle in jeder Schicht das Schaltungslayout erweitert oder abgebrochen werden kann. Ebenso lassen sich für jedes neue Bauteil individuell angepasste Layouts entwerfen und realisieren. Einziger Nachteil dieser Methode ist, dass wie bei einem Tintenstrahldrucker mehrere Düsen verwendet werden, die, nebeneinander angeordnet, zu geometrischen Einschränkungen hinsichtlich der Verlegung leitfähiger Strukturen im SLA-Bauteil führen können. Darüber hinaus können auf engstem Raum keine leitfähigen Strukturen in ausreichender Auflösung erzeugt werden, die für die Kontaktierung eines elektrischen Bauteils notwendig wären. Im Vergleich zu den bereits vorgestellten Verfahren überwiegen hier jedoch deutlich die Vorteile, die dieses Verfahren mit sich bringt, was zu einer guten Gesamtbewertung führt (siehe Abbildung 12).

Als letztes vielversprechendes Verfahren wird das Aufbringen einer leitfähigen Struktur mittels eines Dispenssystems betrachtet. Das Dispensen ist ein Verfahren, das hauptsächlich für den Auftrag von Leitkleber oder Lotpasten in der Mikroelektronik verwendet wird. Da für die hier untersuchte Problemstellung ebenfalls der Einsatz eines Leitklebers in Betracht gezogen wird, kommt diesem Auftragsverfahren schon deshalb ein großes Interesse entgegen.

Der Auftrag des Mediums auf das Bauteil erfolgt im Gegensatz zum Siebdruck nicht simultan, sondern sequentiell. Dem Nachteil der hieraus resultierenden längeren Prozesszeiten steht die höhere Flexibilität bezüglich sich verändernder Leiterbahngeometrien gegenüber. Bei einer Änderung des Layouts entfallen die Kosten für eine neue Schablone, weil der Dispenser lediglich per Maschinensteuerung an das neue Schaltungslayout angepasst werden muss. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens ist, dass sowohl mittel- als auch hochviskose Materialien präzise dosiert werden können.

Es sind jedoch Maßnahmen zu treffen, um eine Separierung unterschiedlicher Bestandteile eines Materialsystems, beispielsweise eines Silberleitklebers, zu vermeiden. Andernfalls würde das aufgetragene Medium nicht mehr die gewünschten Eigenschaften besitzen.

Insgesamt besteht ein Dispenssystem, wie in Abbildung 11 dargestellt, aus einer Mikropumpe, einer Kartusche für das aufzutragende Medium, Mikropneumatikventilen und einer Dosiernadel. Entscheidende Parameter für einen reproduzierbaren präzisen Auftrag des Mediums sind ein optimaler Abstand zwischen Dosiernadel und Substrat sowie eine definierte Verfahrgeschwindigkeit des Roboters in Abhängigkeit des Drucks auf das Dispensmedium.

Abbildung in dieserLeseprobenichtenthalten

[...]


[i] o.V. (Sonderforschungsbereich 694): o.V., http://www.sfb694.uni-erlangen.de/teilprojekta1.htm, 2008

[ii] o.V. (Thermisches Spritzen): o.V., www.wikipedia.org/wiki/ Thermisches Spritzen, 2008

[iii] o.V. (Drahtflammspritzen): o.V., www.linde-gas.de, 2007

Details

Seiten
67
Jahr
2008
ISBN (eBook)
9783656009986
ISBN (Buch)
9783656011361
Dateigröße
1.6 MB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v178771
Institution / Hochschule
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg – Bayerisches Laserzentrum
Note
1,3
Schlagworte
Rapid Prototyping Stereolithographie Multi-Jet-Modeling 3D-Printing Leitfähigkeit Leitende Füllstoffe Lasersintern Lasertechnik Mechatronische Systeme Stromtragfähigkeit Dispensen Jetten ITO Strombelastbarkeit Russ Silber Blend Lotpaste

Autor

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Titel: Erzeugung elektrisch leitfähiger Strukturen für die Stereolithographie