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; Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler 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.
PCO- und Sol-Gel-Verfahren
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 1.000 V aushält.
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.
