Kosten- und Gewichtsreduktion Aluminium-Platinen: Plasma Innovations beendet Kupferzeit bei Leiterbahnen

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Obwohl Aluminium mit geringerem Gewicht und wesentlich geringeren Kosten punktet, werden Leiterbahnen auf Platinen fast ausschließlich aus Kupfer gefertigt. Der Einsatz des Leichtmetalls scheiterte bisher an der extrem eingeschränkten Lötfähigkeit von Aluminium – doch es gibt eine Lösung.

Mit dem Flexxal-Verfahren hat Plasma Innovations die technologische Hürde der eingeschränkten Lötfähigkeit des Aluminiums überwunden. Somit können Platinen mit Aluminium-Leiterbahnen nunmehr genauso gefertigt werden wie mit Kupfer-Leiterbahnen – und das ohne aufwendige Umrüstung der Produktionsanlagen. Weil die Materialkosten für die Leiterbahnen um fast 90 Prozent und das Gewicht um über 50 Prozent sinken können, sieht Plasma Innovations für seine patentierte Technologie weltweit enormes Potenzial.

Das Flexxal-Verfahren ist bereits im Einsatz. Gefertigt wird bei Croll Technology Limited (CRT), einem Produktionspartner im chinesischen Shenzhen. Der britische Leuchtenhersteller Whitecroft Lighting aus Ashton‑under‑Lyne (Greater Manchester) ist der erste Großkunde. Weil der Weltmarkt für Leiterplatten auf fast 80 Mrd. Dollar pro Jahr geschätzt wird, ist das Interesse von Investoren an einer Beteiligung an Plasma Innovations groß. Auch das Kernforschungszentrum CERN hat Interesse an den Flexxalumina genannten Produkten bekundet.

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Mittel gegen die Oxidschicht auf Aluminium

„Es ist uns gelungen, eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Nickel, Zinn und Aluminium zu ermöglichen, die sich löten lässt und somit für Leiterbahnen bestens geeignet ist“, skizziert Plasma Innovations-Gesellschafter und -Geschäftsführer Fritz Pesendorfer den technologischen Durchbruch. Das Flexxal-Verfahren ist eine Oberflächenmetallisierung, bei der jene Oxidschicht entfernt wird, die sich auf Aluminium bildet. Diese Oxidschicht ist nicht lötbar, was die Verbindung mit den benötigten elektronischen Bauteilen auf der Platine vereitelt.

Außerdem ist die Oxidschicht ein guter elektrischer Isolator. Das wiederum verringert die Leitfähigkeit des Aluminiums und macht dieses somit für den Einsatz als Leiterbahn ungeeignet. Dank der Plasma-Innovations-Entwicklung wird die Oxidschicht durch eine Zinn-Nickel-Schicht mit hervorragender intermetallischer Bindung ersetzt. Die so erzeugte Flexxal-Schicht ist mit Standard-Lötpasten direkt lötbar und korrosionsbeständig. Deshalb lassen sich Flexxalumina-Leiterplatten wie konventionelle kupferbasierte Platinen verarbeiten.

Weil keine Änderungen am Produktionsprozess nötig sind, können die Aluminium-Platinen auf allen gängigen Anlagen gefertigt werden. „Das macht den Umstieg aus technischer Sicht einfach. Aus wirtschaftlicher Sicht sind die Argumente ohnedies sehr überzeugend“, betont Pesendorfer.

Technisch unaufwendig, wirtschaftlich überzeugend

Tatsächlich ist die Kosteneinsparung allein beim Rohstoff substanziell. Um die gleiche elektrische Leitfähigkeit wie Kupfer-Leiterbahnen mit 35 µm Stärke zu erreichen, muss eine Alu-Leiterbahn 55 µm (0,055 Millimeter) dick sein. Die Materialkosten sinken dabei durch den Ersatz von Kupfer durch Aluminium um rund 88 Prozent, die Kosten der Leiterplatte um bis zu 25 Prozent. „Aluminium ist das dritthäufigste Element in der Erdkruste und daher gut verfügbar. Alleine deshalb können wir davon ausgehen, dass die Preisschere zwischen Aluminium und Kupfer noch weiter aufgeht“, argumentiert Pesendorfer. Da Aluminium nur rund ein Drittel der Dichte von Kupfer hat, beträgt die Gewichtsersparnis bei der Aluminium-Leiterbahn – trotz 20 µm mehr Dicke – 52 Prozent. „Das macht unsere Technologie für alle Leichtbau-Anwendungen umso attraktiver“, erklärt Pesendorfer.

„Technologie wird auf Herz und Nieren geprüft“

Da Plasma Innovations als kleines Forschungsunternehmen nicht in der Lage ist, eine wettbewerbsfähige Leiterplatten-Produktion aufzubauen, hat man einen Fertigungspartner gesucht – und mit Croll Technology Limited (CRT) im chinesischen Shenzhen gefunden. Mit dem britischen Leuchtenhersteller Whitecroft Lighting konnte bereits ein erster Kunde gewonnen werden. Whitecroft verbaut die Aluminium-Platinen in seinen Beleuchtungssystemen.

Das Interesse an Flexxalumina ist auch in vielen anderen Branchen groß. „Wir haben internationale Technologieunternehmen genauso bemustert wie heimische“, erklärt Pesendorfer. Das Interesse ist meist riesig. Man habe schon in Telefonkonferenzen mit 20 Teilnehmern ausführlich Auskunft über die Technologie, die Fertigungskompetenzen und -kapazitäten gegeben. „Obwohl unsere Muster immer auf Herz und Nieren geprüft werden, ob sie für den Einbau in Serienprodukte geeignet sind, haben wir bisher nur positive Resonanz bekommen“, sagt Pesendorfer. Bemerkenswert und besonders erfreulich ist eine Anfrage vom CERN (Conseil européen pour la recherche nucléaire).

„Die Europäische Organisation für Kernforschung ist an Flexxalumina interessiert, weil die geringere Masse von Aluminium einen signifikanten Vorteil gegenüber Kupfer bietet“, freut sich Pesendorfer über die Anfrage nach Produktmustern. „Das CERN dürfte auf eine derartige Entwicklung gewartet haben und hat sich erleichtert gezeigt, dass endlich jemand Leiterplatten mit Aluminium fertigen kann.“

Österreichisches Patent mit weltweitem Potenzial

Weil die Nachfrage nach Leiterplatten generell weiter zunehmen dürfte, denkt Plasma Innovations auch über ein Lizenzmodell für die patentierte Flexxalumina-Technologie nach. Technisch wäre das leicht umsetzbar. „Für Platinen-Produzenten ist es mit wenig Aufwand möglich, eine Anlage von der Produktion von Kupfer-Leiterbahnen auf Aluminium-Leiterbahnen umzustellen“, erklärt Pesendorfer. Dass der erste Großauftrag, der von Produktionspartner Croll Technology in Shenzhen gefertigt wird, von Leuchtenhersteller Whitecroft Lighting aus Großbritannien kommt, illustriert das internationale Potenzial der Innovation made in Austria. Das dürften auch internationale Investoren bereits erkannt haben. „Wir führen schon sehr konkrete Gespräche mit einem renommierten Venture-Capital-Unternehmen, das uns bei der Finanzierung des geplanten Wachstumskurses unterstützen will“, erklärt Fritz Pesendorfer. (sb)

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