Integrierte Elektronik durch günstige Prozesse

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

Verarbeitungsbereiche der Werkstoffe harmonieren

Die eingesetzten zinnbasierten Legierungen besitzen hohe elektrische Leitfähigkeiten und sind im Bereich des bleifreien Lötens in Elektronikanwendungen etabliert. Zusätzlich passen die Schmelztemperaturen dieser Metalle mit Werten zwischen 200 und 250 °C gut zum Verarbeitungsbereich der eingesetzten technischen Thermoplaste, wie beispielsweise PA 6.6 oder PBT. Die zentralen Entwicklungsschwerpunkte beim IMKS liegen außer in einer anwendungsgerechten Materialauswahl insbesondere in der Entwicklung einer Aggregattechnik, die zur reproduzierbaren Verarbeitung der niedrig schmelzenden Metalllegierungen führt, sowie in einer Werkzeugtechnik zur nachbearbeitungsfreien Produktion der funktionsintegrierten Elektronikbauteile.

Neues Aggregat verarbeitet niedrig schmelzende Metalllegierungen

Während beim Kunststoffspritzgießen seit Jahrzehnten Beistellaggregate die Standardmaschinen zu Mehrkomponenten-Spritzgießmaschinen erweitern, existieren solche modularen Lösungen für das Druckgießen von Metallen bisher nicht. Basierend auf Untersuchungen am Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) an der RWTH Aachen und in Zusammenarbeit mit der Krallmann Kunststoffverarbeitung GmbH aus Hiddenhausen ist ein geeignetes, kompaktes Aggregat zur Verarbeitung einer niedrig schmelzenden Metalllegierung entwickelt worden, das sich über die Kernzugsteuerung in den Ablauf einer konventionellen Spritzgießmaschine integrieren lässt (Bild 2). Angelehnt an das sogenannte Warmkammer-Druckgießen, arbeitet das Aggregat mit einer Kolben/Zylinder-Einheit, die vollständig in das flüssige Metall eintaucht. Die Metalllegierung wird in Barrenform dem offen gestalteten, elektrisch beheizten Schmelztiegel zugeführt und über Wärmeleitung geschmolzen. Das Dosieren erfolgt durch Zurückziehen des Einspritzkolbens. Dabei wird eine Überlaufbohrung freigegeben, wodurch Schmelze durch die Schwerkraft in den Einspritzzylinder nachläuft. In der Einspritzphase fährt der Kolben mit hoher Geschwindigkeit vor, bis das eingestellte Dosiervolumen erreicht ist.

Kunststoff- und Metallschmelzen werden im Werkzeug umgeformt

Durch ein von Krallmann gemeinsam mit dem IKV entwickeltes Dreistationen-Indexplattenwerkzeug können zwei Kunststoffe und eine niedrig schmelzende Metalllegierung in einem Werkzeug auf einer Maschine urformend verarbeitet werden (Bild 3). Sowohl die beiden Kunststoffschmelzen als auch die Metallschmelze werden zu ihren Kavitäten über Heißkanal-Nadelverschlussdüsen geführt. Das Umsetzen zwischen den einzelnen Stationen erfolgt über die servoelektrisch betriebene Indexplatte. Mittels IMKS-Technik wurde auf der letzten Fakuma in Friedrichshafen gemeinsam mit Krauss-Maffei die Herstellung einer LED-Leuchte demonstriert, die automatisch nach einer Zykluszeit von unter einer Minute entsteht (Bild 4): An der ersten Station wird der Leiterbahnträger aus transparentem Polycarbonat hergestellt. Vor dem Umsetzen wird mithilfe eines Roboters eine LED im Vorspritzling positioniert.

In der nachfolgenden, zweiten Station, wird die niedrig schmelzende Metalllegierung direkt auf den transparenten Kunststoffträger aufgespritzt und bildet so die spätere Leiterbahn. Gleichzeitig wird die LED durch die Umspritzung mit dem flüssigen Metall direkt kontaktiert.

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