Gedruckte Elektronik ist auf dem Weg in die dritte Dimension

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MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

Precoplat Präzisions-Leiterplatten-Technik GmbH

Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

PCBs, Vias und mehrere Schichten

Erst dieses Jahr hat das israelische Unternehmen Nanodimension ihren 3D-PCB-Drucker Dragonfly 2020 auf den Markt gebracht. Dieser druckt leitfähige und isolierende Materialien in hoher Auflösung und ist auch für professionelle Anwendungen geeignet. Neben PCBs und Vias eignet sich das Verfahren zu Herstellung von neuen, komplexen Geometrien. Zudem können durch das Aufbringen mehrerer Schichten übereinander Multi-Layer-Platinen. Neben dem Drucker vertreibt Nanodimensions auch die selbstentwickelten leitfähigen und dielektrischen Nanopartikel-Tinten.

Die gedruckten Leiterplatten sollen sich wie konventionell hergestellte Leiterplatten weiterverarbeiten lassen. Auch soll es keine Unterschiede in der Belastungsfähigkeit sowie der Temperaturempfindlichkeit geben. Der reguläre Verkaufsstart ist für März 2016 angestrebt.

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Dreidimensionale Oberflächen bedrucken

Elektronik aus der Luft verspricht Optomec mit seiner neuartigen Aerosol-Jet-Technologie. Aufgrund des großen Arbeitsabstands lassen sich berührungs- und maskenlos strukturierte Schichten auf ebenen und dreidimensionalen Substraten aufbringen. Im Gegensatz zu ähnlichen Strukturierungstechnologien wie etwa dem Inkjet Printing ermöglicht die Aerosol-Jet-Technik die Verarbeitung von Lösungen und Dispersionen mit einem deutlich größeren Viskositätsbereich und erreicht dabei minimale Strukturbreiten von 10 μm.

Eingesetzt wird das Verfahren beispielsweise von Neotech AMT im AJ 45X, einem 5-Achsen-3DPE-System, das für die Massenfertigung ausgelegt ist. Es eignet sich zur Herstellung von 3D-gedruckten Antennen für mobile Geräte, Schaltkreise und Sensorstrukturen.

Ein weiteres Verfahren zum Druck von Schaltkreisen auf dreidimensionalen Substraten kommt von Pulse electronics. FluidANT jettet Tinten mit mikrometergroßen Silberflocken auf das Gerät. Der Druckkopf ist auf einem 6-Achsen-Roboterarm mit einer Rotationsachse aufgebracht, wodurch um das Objekt herum gedruckt werden kann. Jede Schicht ist 25 µm dick und 400 µm breit – optimiert für Antennen-Anwendungen. Ein Vorteil gegenüber dem traditionellen LDS-Verfahren ist, dass mehrere Substrate bedruckt werden können.

3D-gedruckte Elektronik

Die Unternehmen NovaCentrix und nScrypt haben sich ebenfalls auf den 3D-Druck zur Herstellung elektronischer Komponenten spezialisiert. Zusammen wollen sie einen „Next-Generation 3D-Drucker“ zu Herstellung komplexer und funktional Objekte entwickeln. Das neue Gerät soll mehrere Systeme vereinen und aus fünf Druckköpfen, drei mikro-zerstäubenden Pumpköpfen, einem Fused-Deposition-Kopf sowie einer UV-Einheiten zum Aushärten bestehen.

Einen Schritt weiter ist das Harvard-spin-off Voxel8. Das Unternehmen hat den gleichnamigen 3D-Drucker entwickelt, der Kunststoff sowie elektrisch leitfähige Tinte drucken kann. So können Leiterbahnen, zum Beispiel Antennen, ausgedruckt und in ein Kunststoffgehäuse eingebettet werden. Sollen komplexere Bauteile in ein Bauteil integriert werden, können diese während des pausierten Drucks eingelegt werden. Im Anschluss werden diese vom Drucker kontaktiert und das Gehäuse mit dem Kunststoffdruck fertiggestellt. Ein Beispiel hierfür ist der Quadcopter.

Neben dem Drucker bietet Voxel8 die selbst entwickelte Silbertinte an. Diese ist mit 2*10⁶ Siemens pro Meter nicht so leitfähig wie reines Silber oder Kupfer, liegt nach Firmenangaben um den Faktor 5000 über bisherige stromleitende Pasten für den 3D-Druck.

Für das Objektdesign kann das neue Autodesk Wire 3D benutzt werden, eine Kombination aus CAD-, Leiterplatten-Layout- und Druck-Software.

Langfristig soll es mit Voxel8 möglich sein, auch komplexe Systeme, zum Beispiel Hörgeräte, in einem Schritt zu drucken. Der Drucker soll bis Ende 2015 serienreif sein und kann für etwa $9000 US-Dollar vorbestellt werden. Die Auslieferung erfolgt im März 2016.

Ausblick

Auch wenn – oder gerade weil – viele der hier vorgestellten Geräte (noch) nicht für industrielle Anwendungen geeignet sind, lohnt es sich, den Markt für (3D-)gedruckte Elektronik im Auge zu behalten. Spannende Entwicklungen und Firmengründungen werden in der nächsten Zeit auf uns zu kommen. Beispielsweise wird am Met in Manchester an 3D-gedruckten Super-Batterien aus Graphen geforscht.

Wie es mit 3DPE weitergeht – und ob der von IDTechEx angekündigte Hype stattfinden wird – erfahren Sie hier bei Elektronik Praxis.

Quelle:

[1] http://www.idtechex.com/research/reports/3d-printed-electronics-and-circuit-prototyping-2015-2025-000444.asp

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