Verfahren zur chemiefreien Metallisierung und Beschichtung

Basis der von der Reinhausen Plasma entwickelten Plasmadust-Technologie ist eine Kombination aus kalt.aktivem Plasma und Nano- beziehungsweise Mikropulvern. Diese ermöglichtes, Direktbeschichtungsprozesse auf nahezu allen Substratmaterialen komplett ohne Chemikalien durchzuführen, also VOC-frei. Ätz- und Beizprozesse, die in der klassischen Oberflächenbehandlung unverzichtbar sind, fallen ebenfalls nicht an. Daraus resultiert die Umweltverträglichkeit des Verfahrens.

Das Regensburger Unternehmen nutzt beim Plasmadust-Verfahren die Vorteile der atmosphärischen Plasmatechnologie. Das Gasplasma wird jedoch im Gegensatz zu herkömmlichen Atmosphärenplasmaanalgen nicht mit einem Schwingkreis, sondern nach dem Inverterprinzip durch eine hochwirksame, gepulste Bogenentladung erzeugt. Diesem kalten, nichtthermischen Plasma führt eine speziell entwickelte Zerstäuber-/Fördertechnologie das Beschichtungspulver mit einem Korndurchmesser von 100 nm bis 20 µm kontinuierlich agglomeratfrei zu. Dabei gewährleistet ein einstellbarer, homogener Partikelfluss gleichmäßige und reproduzierbare Schichtdicken.

Vorteil dieser Technologie ist zum einen die gegenüber bekannten Prozessen wie etwa Plasma- und Flammspritzen deutliche niedrigere Temperatur, die unter Atmosphärenbedingungen bei maximal 70 Grad Celsius liegt. Zum anderen sind es die im Vergleich zu Verfahren, beispielsweise Kaltgas- und Plasmaspritzen, geringeren Partikelgeschwindigkeiten. Durch diese physikalischen Eigenschaften lassen sich mit dem Plasmadust-Verfahren auch auf sehr dünnen und/oder temperatursensiblen Substraten wie Kunststoffen, Folien und Papier zusammenhängende Schichten in unterschiedlichen Dicken und Porositäten abscheiden.

Mit dem Plasmadust-Verfahren lassen sich praktisch alle Materialien verarbeiten, die in Pulverform gebracht werden können und schmelzbar sind, beispielsweise Salz, Gold, Kupfer, Aluminium, Zinn, Bismut, Tellurit, CIGS, Polymere (z. B. PTFE, PE, ABS, PP), Glas und keramische Werkstoffe. Außerdem können Legierungen und Materialkombinationen wie beispielsweise Kohlenstoff/Metall, die mit herkömmlichen Beschichtungsverfahren nicht zu verarbeiten sind, auf Substraten aus Metall, Kunststoff, Glas, Keramik, Papier, Pappe und Textilien abgeschieden werden. Die neue Beschichtungstechnologie bietet daher ein sehr breites Anwendungsspektrum.

Dieses beginnt mit dem Abscheiden von Salzen etwa als Flussmittel für Lötverbindungen. Dabei werden durch den trockenen und kontrollierbaren Beschichtungsprozess die beim herkömmlichen flüssigen Auftrag von Flussmitteln immer wieder auftretenden Benetzungsprobleme ausgeschlossen. Ergebnis sind eine höhere Prozesssicherheit beim Löten und konstantere Verbindungen, wodurch sich Leistungsverluste minimieren lassen. Die Möglichkeit, Gold effektiv abzuscheiden, trägt zu einer kostenoptimierten Herstellung von Kontaktierungen, Sensoren und Signalleitungen mit hoher elektrischer Qualität bei. Einsparpotenziale lassen sich unter anderem auch bei der Fertigung von Printed Circuit Boards (PCB) ausschöpfen. Hier bietet die Plasmadust-Technologie den Vorteil, die erforderlichen Leiterbahnen im Vergleich zum herkömmlichen fotochemischen Verfahren ohne zwischengeschaltete Arbeitsschritte, beispielsweise Belichten, Ätzen, Trocknen, mit Hilfe einer Schablone direkt auf das Board aufzubringen. Dies führt nicht nur zu einer deutlich kürzeren Herstellungszeit, es können auch preiswertere Kunststoffe für das Board verwendet werden. Darüber hinaus ermöglicht Plasmadust die umweltschonende und effiziente Beschichtung von Siliziumscheiben, die Metallisierung von Solarzellen, die Herstellung flexibler Leiterplatten, von Printed Electronics, Sputter Targets und Schichten für das EMC-Shielding. Abscheiden lassen sich mit dem Verfahren auch halbleitende Materialien wie etwa Bismut und Tellurit für elektrische Schaltsysteme und die kostengünstige Herstellung von Generatoren für die Thermoelektrik. Ein weiteres Plus der Plasmadust-Technologie ist, dass sich in abgeschiedenen metallischen Schichten keine Oxide ausbilden.

Beschichten lassen sich mit dem Plasmadust-Verfahren zwei- und dreidimensionale Teile. Alle Prozessparameter sind dabei teilespezifisch einstellbar. So lässt sich mit einem Plasmaerzeuger je nach Pulverart eine Beschichtungsbandbreite von bis zu 10 mm erzielen. Für die Beschichtung oder Metallisierung größerer Flächen können diese in einem Scanprozess oder mit mehreren parallel und/oder versetzt angeordneten Plasmaerzeugern abgefahren werden. Die erzeugbaren Schichtdicken liegen reproduzierbar zwischen 1 und 100 µm bei einer Prozessgeschwindigkeit von bis zu 150 Metern pro Minute. Die Porosität kann zwischen 1 und 30 Prozent eingestellt werden.

Intelligent gelöste Schnittstellen gewährleisten die einfache Anbindung an automatisierte Produktionsprozesse. Das Plasmadust-System lässt sich in Fertigungslinien ebenso problemlos und schnell integrieren wie in Rolle-zu-Rolle-Verfahren.

Unter Energieaspekten kann sich das neue Verfahren ebenfalls sehen lassen. Da die reaktionsfreudigen Mikro- beziehungsweise Nanopulver bereits bei geringen Temperaturen aufschmelzen, erfordert der Beschichtungsprozess gegenüber konventionellen Verfahren deutlich weniger Energie. So wird beispielsweise für die Beschichtung/Metallisierung einer Grundfläche von einem Quadratmeter nur etwa 1/10 bis 1/100 der für thermische Spritzverfahren erforderlichen Energie verbraucht.

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Reinhausen Plasma präsentiert das Plasmadust-Verfahren während der productronica 2009 in München vom 10. bis 13. November. Gezeigt werden auf dem Stand in Halle A4 auch die Atmosphärendruck-Plasmawerkzeuge Plasmabrush und Piezobrush. Bei Plasmabrush handelt es sich um Systeme für die kalt-aktive Reinigung, Aktivierung und Modifizierung von Oberflächen und Werkstücken. Das Plasma-Handgerät Piezobrush wurde für die kosteneffektive Oberflächenaktivierung im kleinen Maßstab entwickelt.

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