Jana Rückschloss
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31.12.2014

Ausgehend von Ligninpulvermischungen und ligninbasierten Harzsystemen konnte die prinzipielle Nutzbarkeit von Lignin für Hilfsmaterialien und Leiterplattensubstrate bis hin zur Weiterverarbeitung zu durchkontaktierten Leiterplatten erfolgreich demonstriert werden. Die technischen Zielsetzungen als prozesskompatible Slot-In Substitute werden derzeit für die drei Anwendungen noch nicht erreicht. Die mechanischen Kenngrößen ligninbasierter Bohrunterlagen liegen bis auf eine unzulässig starke Verwindung und Wölbung im Bereich konventioneller Bohrunterleger mittlerer Qualität. Der Einsatz ligninhaltiger Bohrunterlagen in der Leiterplattenfertigung ist prinzipiell denkbar. Einschränkungen ergeben sich noch durch ein Kontaminationsrisiko der Leiterplatten durch Ligninreste (Verschmierung am Bohrer), sowie durch die höheren Kosten und kleineren Formate. Zur Herstellung von Siebdruckrahmen wurden extrudierte Hohlprofile aus unterschiedlichen e-lignin Modifikationen hergestellt. Die minimal geforderte Siebspannung von 18N/cm wurde erreicht. Siebdruckrahmen aus extrudierten Ligninprofilen können somit bei kleinen Rahmengrößen wie z.B. für Solarzellen eingesetzt werden. Ligninbasierte Harzsysteme bis zu einem Ligningehalt von 20% weisen gegenwärtig die größten Erfolgschancen für die Herstellung eines IPC-gerechten, glasfaserverstärkten Leiterplattensubstrates auf. Entwickelte Varianten mit höheren Ligningehalten erfüllen die technischen Anforderungen nicht komplett. Die Umweltbewertung des Lignins anhand der Anwendung Leiterplatte ergab eine grundsätzliche Vergleichbarkeit mit konventionellen Leiterplatten. Trotz der zusätzlichen Trocknungsschritte in der Verarbeitung ergaben sich für die Ligninleiterplatte in den Wirkungskategorien nur geringfügig schlechtere Werte. In zwei Kategorien (Treibhauspotential und Frischwasserverbrauch) schnitt die Ligninvariante besser ab. Bei großtechnischer Umsetzung müssten sich durch Einsparpotentiale Umweltvorteile ergeben.

Das Fraunhofer IZM leitete das Projekt "Lignin als nachwachsender Rohstoff für Anwendungen in der Elektronik" (kurz "e-lignin"), welches die Anwendung des nachwachsenden Rohstoffes Lignin in der Elektronik untersucht hat. Ziel des Projektes war die Erschließung von Applikationsmöglichkeiten entlang der gesamten Fertigungskette zur Herstellung hochwertiger elektronischer Produkte. Exemplarisch ausgewählt, untersucht und entwickelt wurden: - Werkzeuge (Siebdruckrahmen auf Basis spritzgegossener Rahmenprofile), - Hilfsmaterialien (Bohr- und Fräsunterleger für den Leiterplattenfertigungsprozess) sowie - Leiterplattenbasismaterialien (Produktbestandteil). Das Teilvorhaben 1 beinhaltete die Projektkoordination, Prozessoptimierung mit dem Schwerpunkt Nachhaltigkeit und Netzwerkbildung. Lignin ist überwiegend ein Nebenprodukt der Zellstoff- bzw. Papierherstellung. Um die Marktfähigkeit der neuen Anwendungen zu sichern, müssen reproduzierbare Qualität, chemische Reinheit und ein breites Anwendungsfeld gewährleistet werden. Die Zusammenstellung des Konsortiums ermöglichte die zielgerichtete Entwicklung einer elektronischen Baugruppe entlang der Prozesskette sowie der Hilfsmaterialien Bohrunterleger und Siebdruckrahmen. Hürden waren die Prozesskompatibilität mit etablierten industriellen Prozessketten, preisliche Wettbewerbsfähigkeit und Stabilität der Materialeigenschaften. Für alle drei betrachteten Anwendungen konnten Demonstratoren entsprechend der Anforderungen erzeugt werden, jedoch noch nicht auf dem Niveau marktkompatibler Slot-In Substitute.