Dreidimensionale Leiterplatten

Der Wunsch, ein Gewirr von Kabeln durch sauber verlegte, mit der Unterlage verbundene Leiterbahnen zu ersetzen, ist alt. Mit den heute in der Elektronik verwendeten Platinen, bei denen die Schaltkreise über lithographische Verfahren aufgebracht werden, ist bereits ein Teilziel erreicht. Allerdings ist die Lithographie vergleichsweise aufwendig, weil die gewünschte Struktur erst dadurch entsteht, daß überflüssiges Material entsprechend strukturiert aus einer flächendeckenden Schicht herausgeätzt wird. Aachener Wissenschaftlern ist es nun durch ein intelligentes Verfahren gelungen, Kunststoffe selektiv mit Metallen zu beschichten.

Die Oberflächen müssen keineswegs eben sein wie Platinen, sondern können auch komplizierte dreidimensionale Formen besitzen. Auf diese Weise lassen sich etwa elektrische Leiterbahnen auf der Rückseite eines Armaturenbrettes im Auto durch einen einzigen Prozeßschritt "verlegen". Eine solches Verfahren ist nicht nur übersichtlicher, sondern auch erheblich kostengünstiger. Über den derzeitigen Stand der Technik berichten Wissenschaftler des Lehrstuhls für Lasertechnik der RWTH Aachen sowie des Aachener Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik auf der Frühjahrstagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft vom 15. bis 19. März in Heidelberg.

Entscheidend für die Kombination von Kunststoff und Metall ist eine gute Haftung. Diese wird üblicherweise dadurch erreicht, daß man die gesamte Kunststoffoberfläche chemisch ätzt. Die aufgerauhte Fläche wird dann metallisiert und in einem weiteren Prozeßschritt strukturiert, so daß beispielsweise Schaltkreise auf der Kunststoffoberfläche entstehen. Die Aachener Wissenschaftler um Ernst W. Kreutz und Klaus Pochner gehen direkter vor: Sie bestrahlen lediglich die zu metallisierenden Bereiche mit ultraviolettem Licht. Als "Werkzeug" dient ihnen entweder ein ultravioletter Laser, der die Struktur direkt in den Kunststoff "einschreibt", oder das UV-Licht einer Lampe, das durch eine Maske auf die Oberfläche fällt.

Unter der Einwirkung der örtlich begrenzten energiereichen Strahlung verändert sich der Kunststoff entweder chemisch oder er wird im Bereich von nur wenigen Mikrometern aufgerauht. Die Metallschicht haftet dann nur dort aufgrund einer chemischen Bindung, oder sie "verhakt" sich in dem aufgerauhten Kunststoff wie in einem Klettverschluß. Die Metallisierung geschieht in speziellen Galvanikbädern, in denen bestimmte Moleküle (Palladiumkomplexe) an die chemisch veränderte Oberfläche ankoppeln. Sie gewährleisten, daß die Metallschicht nur an den vorbehandelten Bereichen der Kunststoffoberfläche abgeschieden wird.

Das neue Verfahren eröffnet Werkstoffwissenschaftlern erstmals die Möglichkeit, auch kompliziert geformte Kunststoffteile ohne nachfolgende Strukturierung zu metallisieren. Dazu zählen beispielsweise Instrumententräger oder Tür- und Schiebedachmodule im Auto, die teilweise bereits jetzt serienmäßig aus Kunststoffteilen mit integrierten Leiterbahnen gefertigt werden. Das Aachener Verfahren eignet sich insbesondere auch dort, wo eine leichte und kompakte Bauweise gefragt ist, etwa für Handy-Gehäuse. Nach Ansicht Klaus Pochners wird es sich vorwiegend in kleinen Bauteilen als nützlich erweisen. Er denkt dabei an intelligente Stecker und Motorgehäuse für eine vereinfachte Bustechnologie im Auto. Diese werden beispielsweise in Klimaanlagen zur Steuerung von Leuchten oder Stellmotoren verwendet.

Weitere Informationen:

Dr. Ernst-Wolfgang Kreutz
Lehrstuhl für Lasertechnik der RWTH Aachen
Tel.: 0241 8906-146
Fax.: 0241 8906-121
E-Mail:

Dipl. Phys. Klaus Pochner
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik
Tel. 0241 8906-137
Fax.: 0241 8906-121
E-Mail:

Prof. Dr. Klaus Wandelt
Institut für Physikalische Chemie Universität Bonn
Tel.: 0228 732253
Fax.: 0228 732515
E-mail:

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