11th April 2023
In der heutigen vernetzten Welt steigt die Nachfrage nach elektronischen Bauteilen und Systemen in einer Vielzahl von Branchen, wie der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbau, der medizinischen, industriellen und Consumer-Elektronik, immer schneller. Damit stehen die Entwicklungsingenieure und die OEM vor der Herausforderung, die effektivsten und kosteneffizientesten Herstellungsprozesse auszuwählen, die gleichzeitig noch optimale Leistung garantieren.
Chemisches Ätzen, auch bekannt als Fotoätzen, Formätzen und fotochemisches Ätzen, ist ein äußerst vielseitiger Prozess, der bei der Herstellung der verschiedensten elektronischen und mikroelektronischen Bauteile bei Anwendungen wie Leiterplatten, Gehäusen für Halbleiter, Batterieanschlüssen, optischen Geräten und medizinischen Implantaten eingesetzt werden kann.
Hier sind fünf Gründe, warum Entwicklungsingenieure es sich nicht leisten können, diesen innovativen Prozess zu übersehen.
1. Die Möglichkeiten beim Ätzen von
Ätzen ist ein vielseitiger Prozess, der mit nahezu jedem Metall funktioniert. Daher ist es eine ideale Wahl bei der Herstellung elektronischer Bauteile. Im Gegensatz zu herkömmlichen Bearbeitungsmethoden wie Stanzen und Laserschneiden, bei denen Probleme beim Bearbeiten harter, weicher oder spröder Metalle auftreten können, gibt es beim Ätzen keine Einschränkungen durch die Eigenschaften der verwendeten Werkstoffe.
Ätzen von Kupfer
Kupfer ist wegen seiner ausgezeichneten elektrischen Leitfähigkeit, seiner Abschirmwirkung gegenüber magnetischen und elektrischen Wellen, seiner hohen Wärmeleitfähigkeit, Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit das beliebteste Material bei der Herstellung elektronischer Bauteile. Auch wenn Kupfer dazu neigt, zu oxidieren, kann seine Korrosionsbeständigkeit durch eine Beschichtung nach der Bearbeitung verbessert werden.
Geätzte Kupferkomponenten, z.B. Lead-Frames, Kontakte, Stifte, Anschlussklemmen, Abschirmung gegen elektromagnetische und hochfrequente Störfelder, Steckverbinder und Sammelschienen, gibt es in zahlreichen elektrischen Systemen.
Ätzen von Berylliumkupfer
Berylliumkupfer (BeCu) ist eine hochleitfähige Kupferlegierung, die haltbar, nach dem Ätzen leicht zu biegen und auch bei komplexen Formen für Kontakte und Federn sehr formbeständig ist.
Ätzen von Messing
Messing, eine Legierung aus Kupfer und Zink, ist für seine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit, seine Festigkeit und seine Korrosionsbeständigkeit bekannt.Messing ist ein äußerst verformbares Material, das sich leicht verformen lässt und seine Form behält. Damit ist es ideal für Federn, Kontakte, Steckverbinder und Sammelschienen.
Chemisches Ätzen von Phosphorbronze
Phosphorbronze, eine Bronzelegierung, die Kupfer und Zink enthält, ist wegen ihrer überlegenen Eigenschaften als Feder, ihrer hohen Beständigkeit gegen Materialermüdung, ihrer ausgezeichneten Formbarkeit und ihrer hohen Korrosionsbeständigkeit eine ideale Wahl für elektronische Bauteile. Diese Eigenschaften machen sie zu einer beliebten Wahl für Batteriekontakte und Federn.
Ätzen von Nickelsilber
Nickelsilber (auch als Neusilber bekannt) ist eine Legierung aus Kupfer, Nickel und Zink, die wegen ihrer hohen Korrosionsbeständigkeit und Lötbarkeit in elektrischen Bauteilen z.B. zur Abschirmung eingesetzt wird. Darüber hinaus ist es als Werkstoff leicht formbar, duktil und nicht magnetisch.
Ätzen von Edelstahl
Auch wenn Edelstahl keine so hohe elektrische Leitfähigkeit wie andere Werkstoffe hat, lässt sich seine Leitfähigkeit und Lötbarkeit durch Verzinnen erheblich verbessern. Kalt gewalzter Stahl, der für seine Festigkeit bekannt ist, zeichnet sich auch durch hohe Verformbarkeit, gute Federeigenschaften und Formbeständigkeit aus.
Edelstahl ist sehr korrosionsbeständig und hat eine ausgezeichnete Wärmleitfähigkeit. Damit ist er eine beliebte Wahl für Blattfedern und Filter.
2. Beständigkeit gegenüber thermischer Beanspruchung
Die hohen Temperaturen bei herkömmlichen Bearbeitungsmethoden können thermische Beanspruchungen verursachen, die zur Schwächung oder Verformung des Metalls führen. Diese Phänomene können die Leistung des Metallteils beeinträchtigen, indem sie seine Leitfähigkeit verringern und die Reibung an der Oberfläche zwischen zwei oder mehr Elementen der Leiterplatte erhöhen.
Beim chemischen Ätzen treten Schäden durch thermische Beanspruchung nicht auf. Dieses Verfahren löst die Metallteile gleichzeitig auf, statt an begrenzten Kontaktstellen. Im Gegensatz hierzu können Bearbeitungen wie Laserschneiden und Funkenerodieren thermische Beanspruchungen an den Kanten verursachen, die zwar geringfügig sind, aber dennoch die Funktionalität beeinträchtigen.
3. Metalle bleiben gratfrei
Ein weiteres Problem bei herkömmlichen Verfahren zur maschinellen Bearbeitung ist das Auftreten von Graten, die die Leistung der elektrischen Bauteile beeinträchtigen und die Gefahr von Funktionsstörungen in elektrischen Systemen erhöhen können. So können z.B. Laserschneiden und Funkenerodieren feine Grate auf der Oberfläche des Metalls hinterlassen, während Stanzen Schnittgrate hinterlassen kann. Selbst eine leichte Gratbildung kann zu schwerwiegenden Problemen, z.B. Kurzschlüssen, Unterbrechungen, Verdickung der Beschichtung an den Kanten des Bauteils, schlechterer Formbarkeit, ungenauen Maßtoleranzen und Kratzern auf der Oberfläche führen, die umliegende Bauteile beschädigen.
Um diese Probleme zu vermeiden, sollten die Entwickler das chemische Ätzen als eine günstigere Alternative zu traditionellen Verfahren der maschinellen Bearbeitung in Betracht ziehen. Das fotochemische Ätzen löst ungewünschtes Material auf und spült es hinweg. So entstehen glatte Oberflächen und präzise Kanten, die anschließend nicht kostspielig entgratet werden müssen.
4. Eignung für dünnes Material und komplexe Formen
Während des letzten Jahrzehnts sind elektronische Geräte immer kleiner geworden. Damit steigt die Nachfrage nach kleinen und leichten Bauteilen in komplexen Formen. Diese Teile für die Mikroelektronik werden gewöhnlich aus dünneren Metallblechen hergestellt, um das Gewicht zu verringern. Sie erfordern bei den Abmessungen engere Toleranzen.
Chemisches Ätzen ist der optimale Prozess, um Bauteile für die Mikroelektronik mit komplexen Formen, z.B. Lead-Frames und Filter, herzustellen. Dieses Verfahren erlaubt die gleichzeitige Herstellung von Details wie Löchern und Schlitzen. Das spart Zeit und Geld im Vergleich zu anderen Verfahren wie Laserschneiden, Funkenerodieren und Stanzen.
Außerdem bietet das chemische Ätzen die Möglichkeit, eine Metalloberfläche teilweise zu ätzen und Rillen bis zu einer Tiefe von 50% zu erzeugen. Diese Rillen sind besonders wertvoll bei Abschirmungen und elektronischen Bauteilen, die eine 3D-Formung erfordern. Mit dem teilweisen Ätzen kann das Metall effizient bearbeitet werden, ohne unerwünschte Verformungen zu verursachen.
5. Einfach zu ändernde Werkzeuge und schnelles Erstellen von Prototypen
Zusammenfassend kann man sagen, dass das chemische Ätzen ein äußerst vielseitiger und innovativer Prozess ist, den die Entwicklungsingenieure bei einer Vielzahl verschiedener Komponenten für die Elektronik und Mikroelektronik in Betracht ziehen sollten. Dieses Verfahren erlaubt die Bearbeitung verschiedener Metalle, verursacht keine thermischen Beanspruchungen, hinterlässt keine Grate, ist für dünne Materialien und komplexe Formen geeignet und ermöglicht zudem einfache Änderungen an den Werkzeugen sowie die schnelle Herstellung von Prototypen. Mit diesen Vorteilen erweist es sich für die OEM als das effizienteste und kostengünstigste Herstellungsverfahren, das eine optimale Leistung garantiert.
Zusammenfassung
Zusammenfassend kann man sagen, dass das chemische Ätzen ein äußerst vielseitiger und innovativer Prozess ist, den die Entwicklungsingenieure bei einer Vielzahl verschiedener Komponenten für die Elektronik und Mikroelektronik in Betracht ziehen sollten. Dieses Verfahren erlaubt die Bearbeitung verschiedener Metalle, verursacht keine thermischen Beanspruchungen, hinterlässt keine Grate, ist für dünne Materialien und komplexe Formen geeignet und ermöglicht zudem einfache Änderungen an den Werkzeugen sowie die schnelle Herstellung von Prototypen. Mit diesen Vorteilen erweist es sich für die OEM als das effizienteste und kostengünstigste Herstellungsverfahren, das eine optimale Leistung garantiert.
