Gedruckte flexible Silberschaltungen Silbertinte anstelle Kupferleitungen

Eine wirtschaftliche Ersatztechnologie

Der vielleicht wichtigste Vorteil gedruckter Silberplatinen gegenüber flexiblen geätzten Leiterplatten sind die niedrigeren Produktions- und Materialkosten. Nicht nur das Ausgangsmaterial ist kostengünstiger, auch die Herstellungsverfahren sind wesentlich einfacher.
Die Herstellung einer gedruckten Silberplatine beginnt mit einer leeren Polyesterfolie. Eine leitfähige Tinte (üblicherweise Silber oder Kohlenstoff) wird selektiv nur an den Stellen eines Polyester-Substrats aufgetragen, an denen dies erforderlich ist, und zwar entweder per Siebdruck oder mit einem Rollendruckverfahren. Die Tinte wird dann thermisch oder mit UV-Licht ausgehärtet. Wenn mehrere Signalebenen benötigt werden, werden mehrere Druck- und Aushärtedurchgänge durchgeführt. Es handelt sich dabei um ein sehr wirtschaftliches Verfahren, das nur wenig Abfall erzeugt und keine Abwasserbehandlung erforderlich macht.

Mit standardmäßigen Pick&Place-Bestückungsautomaten und Reflow-Lötanlagen werden dann die oberflächenmontierten Bauteile auf die gedruckten Silberplatinen bestückt (Bild 2). Als letzter Schritt des Herstellprozesses wird ein UV-Verkapselungsmaterial aufgebracht, das die Schaltung nach dem Aushärten widerstandsfähiger gegenüber starken Vibrationen macht. Gedruckte Silberplatinen sind jedoch weiterhin ungeeignet für die Montage von Durchsteck- und Flächenkontaktierten Chip-Komponenten wie BGAs.

„Subtraktive“ Verfahren für kupferbasierte Leiterplatten

Im Unterschied dazu werden konventionelle starre und flexible kupferbasierte Leiterplatten in einem subtraktiven Verfahren hergestellt. Ausgangspunkt des Prozesses ist eine Folie aus Polyimid, auf das eine Kupferfolie aufgebracht ist. Die gewünschten Leiterbahnen werden maskiert. Anschließend wird in einem nass-chemischen Verfahren das gesamte nicht benötigte Kupfer weggeätzt, sodass nur noch die gewünschten Verdrahtungsbahnen verbleiben. In den meisten Fällen muss dabei wesentlich mehr Kupfer entfernt werden, als auf der Leiterplatte verbleibt – also ein ziemlich ineffizienter Materialeinsatz. Wenn mehr als zwei Signalschichten verwendet werden, sind außerdem noch Press-, Bohr und Beschichtungsprozesse erforderlich. Eine mehrlagige Schaltung kann dabei mehr als 40 Prozessschritte umfassen. Aufgrund der zahlreichen nass-chemischen Prozesse müssen Kupferätzanlagen über eine entsprechende Abwasserbehandlung verfügen.

Der Weg zu weiteren Innovationen

Gedruckte Silberplatinen machen den Weg frei für weitere Produktinnovationen in praktisch allen Anwendungen – von hochwertiger, komplexer Elektronik bis hin zu zerbrechlichen Produkten, Einwegprodukten oder sonstigen kostengünstigen Bauteilen. Das flexible Polyester bietet eine kostengünstige Alternative zu einer starren Leiterplatte und eine noch kostengünstigere Alternative zu flexiblen Leiterplatten.

Per Siebdruck erstellte Silberleiterbahnen und im Rollendruckverfahren bedruckte flexible Schaltungen erweisen sich als geeignete Ersatztechnologie für unzählige Anwendungen:

 kostenoptimierte Einweg-Sensorprodukte, z.B. Sensor-Pads, RFID- und Datenerfassungskomponenten

  • kostenoptimierte Einweg-Sensorprodukte, z.B. Sensor-Pads, RFID- und Datenerfassungskomponenten
  • als wirtschaftliche Alternative zu flexiblen Leiterplatten in tragbaren und mobilen Geräten, wie Wearables, individuellen diagnostischen Sensoren, Fitnessausrüstung und Modeprodukten
  • manipulationssichere Flaschen
  • medizintechnische Sensoren, z.B. leichte Schaltungen für EKG-Leitungen oder Sauerstoffmessungen
  • für den Einsatz in Haushaltsgeräten und Steuerungen, z.B. weiße Ware, Küchengeräte sowie Heizung- und Klimaanlagen.

Originalgerätehersteller (OEM) sollten die Möglichkeiten kostenoptimierter, leistungsfähiger, flexibler Silberschaltungen mit engen Leiterbahnabständen und komplexen Bauteilen auf einem Polyester-Substrat nicht unterschätzen. Je nach Anwendung können mit gedruckten Silberschaltkreisen auf Polyester gegenüber einer entsprechenden Kupferschaltung die Substratkosten um 25 Prozent oder mehr gesenkt werden. Es ist also ratsam, dass man sich als Systementwickler bereits in einem frühen Stadium des Entwicklungsprojektes einen qualifizierten und erfahrenen Lieferanten sucht. Mit ihm kann man die Effizienz und Wirtschaftlichkeit der im Siebdruckverfahren hergestellten flexiblen Schaltungen diskutieren und bei seinem eigenen Projekt gewinnbringend einsetzen.

Nach Unterlagen von Firma Molex