Hybridteile für die Elektronik auf einer Spritzgießmaschine herstellbar

Anbieter zum Thema

GGB Heilbronn GmbH

Schages GmbH & Co.KG

Mikron Switzerland AG, Division Tool

Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) in Industrie und Handwerk an der Rheinisch-Westf. TH Aachen

Ferromatik Milacron GmbH

Der Verschlussmechanismus zwischen Einspritz- und Dosierkolben stellt sicher, dass während der Einspritzphase kein Materialrückfluss in Richtung Dosierkolben stattfindet. Das Aggregat ist seitlich in L-Konfiguration an die Spritzgießmaschine montiert.

Leiterbahnlänge und Leitfähigkeit erfüllen Vorgaben der Elektronik

Bei der Herstellung von Kunststoffträgern beschäftigt sich eine wichtige Fragestellung mit den maximal erzielbaren Fließweglängen der aufgespritzten Leiterbahnen. Im hybriden Mehrkomponentenprozess wird die metallische Leiterbahn auf einen im ersten Schritt hergestellten, isolierend wirkenden Kunststoffträger aufgespritzt.

Die Verbindung zwischen Kunststoff und Metall erfolgt mechanisch. Das heißt: Im Bauteil integrierte Hinterschnitte sorgen für den erforderlichen Formschluss.

Thermisch isolierender Kunststoffträger ermöglicht längere Leiterbahn

Die thermisch isolierende Wirkung des Kunststoffträgers beeinflusst die erzielbare Leiterbahnlänge positiv. Für Leiterbahnen mit 1,5 mm × 1,5 mm Querschnitt wird schon ab vergleichsweise geringen Werkzeugtemperaturen von 80 °C die im Bauteil maximal realisierbare Fließweglänge erreicht (Bild 5). Bei einem Leiterbahnquerschnitt von 0,5 mm × 0,5 mm führen jedoch auch deutlich höhere Werkzeugtemperaturen nur zu vergleichsweise kurzen Fließweglängen unterhalb von 25 mm.

Zusätzlich zur erreichbaren Dimension der Leiterbahnen ist die im Bauteil erzielbare Leitfähigkeit ein weiteres wichtiges Kriterium (Bild 6). Sie liegt mit rund 8 × 106 S/m im Bereich von Metallen, die häufig für Elektronikanwendungen eingesetzt werden.

Mehr Komplexität in der Geometrie bei deutlich verkürzter Prozesskette

Die Kombination von Kunststoff-Spritzgießen und Metall-Druckgießen zu einem hybriden Mehrkomponentenprozess hat das Potenzial zur Produktverbesserung, zum Beispiel bezüglich der geometrischen Bauteilkomplexität, bei deutlich verkürzter Prozesskette zur Bauteilherstellung für die Elektronikindustrie. Die am IKV entwickelte Spritzgießmaschinentechnik zur Umsetzung dieses Hybridverfahrens besteht aus einer Standardmaschine mit Seiten-Aggregat für die Verarbeitung der niedrig schmelzenden Metalllegierung.

Die ersten Untersuchungen zeigen einen starken Einfluss der Prozessparameter auf die erreichbaren Fließweglängen der Metalllegierung. Die erzielbare Leitfähigkeit der in die Kunststoffteile integrierten Leiterbahnen liegt im Bereich von Metallen, die im Bereich der Elektronik Anwendung finden.

Untersuchungen zur erreichbaren elektrischen Stromtragfähigkeit geplant

In zukünftigen Untersuchungen wird insbesondere die erreichbare elektrische Stromtragfähigkeit ermittelt, analysiert und optimiert. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Erarbeitung von Möglichkeiten, um metallische Einlegeteile wie Anschlussstecker oder Drähte direkt im Prozess mit der Metalllegierung zu kontaktieren.

Darüber hinaus findet eine Weiterentwicklung der Mehrkomponenten-Werkzeugtechnik für die Herstellung von leitfähigen Kunststoff-Metall-Hybridteilen in einem einstufigen Prozess statt. Ziel ist die Schaffung eines leistungsfähigeren Werkzeugs, zum Beispiel als Drehteller- oder Indexplattenwerkzeug.

Die vorgestellten Arbeiten zur hybriden Mehrkomponententechnik werden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen des Exzellenzclusters „Integrative Produktionstechnik für Hochlohnländer“ an der RWTH Aachen finanziell gefördert.

Prof. Dr.-Ing. Walter Michaeli ist Inhaber des Lehrstuhls für Kunststoffverarbeitung an der RWTH Aachen und Leiter des Instituts für Kunststoffverarbeitung (IKV). Dipl.-Ing. Andreas Neuß leitet die Arbeitsgruppe Mehrkomponententechnik in der Abteilung Spritzgießen am IKV und übernimmt ab 2011 dort die Leitung der Spritzgießabteilung. Dipl.-Ing. Johannes Wunderle beschäftigt sich als wissenschaftlicher Mitarbeiter am IKV in dieser Arbeitsgruppe mit Spritzgießsonderverfahren

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