Mit Plasmatechnologien zu
Leiterplatten mit Magnesiumkern

Mit Plasmatechnologien zu Leiterplatten mit Magnesiumkern
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Funktionsfähiger Demonstrator mit Magnesiumkern. [INNOVENT e.V.]
26.04.2025 | Eine neue, bei INNOVENT e.V. entwickelte Beschichtungstechnologie ermöglicht es, Leiterbahnen auf Magnesiumsubstraten aufzubringen. Möglich wird dies durch eine Kombination von Plasmachemischer Oxidation (PCO), Sol-Gel-Verfahren und Kaltplasmaspritzen. Mit dieser Technologie sind die von Metallkernleiterplatten aus Aluminium bekannten guten Wärmeabführungseigenschaften auch für das noch leichtere Metall Magnesium zugänglich.

 Leiterplatten mit Metallkern – was ist das?
Im Zuge der Digitalisierung steigt der Bedarf an leistungsfähigen Schaltungen und robuster Schaltungselektronik spürbar. Da Standardleiterplatten aus Verbundmaterialien nur eine unzureichende Wärmeabführung bieten, sind besonders bei Anwendungen mit Hochstrom oder beim Einsatz von Power-LEDs Alternativen mit besserer Wärmeableitung gefragt. An dieser Stelle kommen Metallkernleiterplatten zum Einsatz. Die Besonderheit ist, dass ein Kern aus wärmeleitfähigem Metall durch eine elektrisch dichte Sperrschicht von den Leiterbahnen aus Kupfer getrennt ist. Solche Leiterplatten sind bisher vor allem für Aluminium etabliert; Wissenschaftler:innen von INNOVENT untersuchten nun im Forschungsprojekt „SlimPCB“, ob solche Schaltungsträger auch auf Magnesiumbasis hergestellt werden können. Das Hauptaugenmerk lag dabei auf der Entwicklung der elektrisch dichten Sperrschicht zwischen dem Magnesiumkern und den Kupferleiterbahnen.

Und wie soll das gehen?
Gelungen ist es eine Schicht herzustellen durch eine Kombination aus Plasmachemischer Oxidation (PCO) und Sol-Gel-Verfahren. Das PCO-Verfahren ist ein besonderes elektrochemisches Verfahren, bei dem auf Leichtmetallen wie Aluminium oder Magnesium unter Ausnutzung von Plasmaprozessen in einem Elektrolytbad mehrere Mikrometer dicke Beschichtungen erzeugt werden können. Das nasschemische Sol-Gel-Verfahren hingegen bietet die Möglichkeit, die Eigenschaften der Beschichtung durch die variable Rezeptur zielgenau anzupassen. So konnte eine Schicht erzeugt werden, die Spannungen bis zu eintausend Volt aushält.

Und die Leiterbahnen?
Auf diese Schicht wurden die Leiterbahnen mittels Kupferkaltplasmaspritzens abgeschieden. Hierbei wird feinstes Kupferpulver in eine Plasmaquelle gegeben und dadurch auf die Probe geschleudert. Durch die hohe Energie des Plasmas schmilzt das Kupfer an und bleibt auf der Oberfläche quasi kleben. Unter Verwendung einer Maskierung konnte so eine einfache Schaltung mit zwei LEDs verwirklicht werden. Die Ergebnisse dieses Projekts sind zusammengefasst in der Zeitschrift „Produktion von Leiterplatten und Systemen (PLUS)“ in der Märzausgabe erschienen.

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