Additive Fertigung Leistungselektronik & Mikrokühler aus dem 3D-Drucker

Redakteur: Gerd Kucera

In der Industrie schlägt der 3D-Druck inzwischen lange Wurzeln. Denn mittlerweile lassen sich vielfältige Materialien dreidimensional verarbeiten: von Hartkunststoffen, über (halb)leitende Materialien bis hin zu Biomaterialien.

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Wenn nur wenig Bauraum zur Ableitung der Verlustwärme von Leistungshalbleitern zur Verfügung steht, können diese Mikrokühler mit mehreren hundert W/cm2 Wärmestromdichte helfen.
Wenn nur wenig Bauraum zur Ableitung der Verlustwärme von Leistungshalbleitern zur Verfügung steht, können diese Mikrokühler mit mehreren hundert W/cm2 Wärmestromdichte helfen.
(Bild: iQ evolution)

Mit der Möglichkeit, sowohl leitfähige Strukturen als auch Isolationsschichten zu drucken, hat die additive Fertigung auch die Elektronik erschlossen. Gedruckte Schaltungen bringen u.a. die Disziplinen Mikroelektronik, Elektronikfertigung und Werkstoffkunde zusammen. Für Bauteile nötige Einzelschichten werden mittels bekannter Druckverfahren wie Sieb-, Inkjet-, Piezo-Jet-Druck produziert und können isolierend, elektrisch leitend und halbleitend sein. Diese Technik schafft es, für die Leistungselektronik Leiterplatten, Widerstände, Induktivitäten, Kapazitäten, Sensoren und Kühlkörper zu drucken.

Ein Vorteil des 3D-Drucks liegt in der Herstellbarkeit anspruchsvoller Geometrien, die bisher mittels subtraktiver Fertigung kaum oder nur mit großem Aufwand möglich war. Die additive Fertigung indes ergänzt die bestehenden Fertigungsverfahren und führt in einigen Fällen zu deren Ablösung. Aktuelle Beschränkungen in der additiven Fertigung ergeben sind durch die Anzahl der druckbaren Materialien, die Druckraumgröße und damit die maximale Bauteilgröße sowie durch den Zeitaufwand für den schichtweisen Aufbau des Endproduktes.

3D-Druck: Beeindruckende Fortschritte

Die jüngsten Fortschritte der Technik sind beeindruckend: Das britische Start-up-Unternehmen Orbex etwa hat die erfolgreiche Herstellung eines 3D-gedruckten Raketenantriebs mitgeteilt, der in einem Stück aus einer Metalllegierung entstand. Die israelische Nano Dimension fertigt mehrlagige Leiterplatten inklusive aller nötigen Verbindungen und Isolationen. Dazu entwickelte silber- und dielektrische Tinten auf Basis von Nanopartikeln geben den Leiterbahnen eine Leitfähigkeit, die den Einsatz in der Leistungselektronik ermöglicht.

In Aachen nutzt die IQ evolution ein patentiertes Metall-3D-Druck-Verfahren zur Herstellung von Mikrokühlern für Leistungshalbleiter. Auch passive Bauelemente stehen im Fokus, etwa Hochstromspulen. Wie die IQ-Technik funktioniert und warum eine Stückzahl von 100.000 pro Monat kein Hexenwerk ist, zeigt in allen Details unser Online-Artikel.

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