Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Verbundvorhaben: Lignin als nachwachsender Rohstoff für Anwendungen in der Elektronik, Teilvorhaben 5: Entwicklung von Leiterplatten und Baugruppen

Anschrift
KSG GmbH
09390 Gornsdorf
Auerbacher Str. 3-5
Kontakt
Dr. Kathrin Weise
Tel: +49 3721-266-250
E-Mail: kathrin.weise@ksg.de
FKZ
22013911
Anfang
01.01.2012
Ende
31.12.2014
Aufgabenbeschreibung
Langfristig sollen nachwachsende Rohstoffe als alternative Werkstoffe breitere Anwendung in der Elektronikindustrie für die dort eingesetzten fossilen, meist erdölbasierten Materialien finden. Die Forschungs- und Entwicklungsziele des Verbundvorhabens konzentrierten sich auf verschiedene Anwendungen von Lignin-basierten Materialien in der Elektronik. Für den Rohstoff Lignin wurde durch das Projektkonsortium die gesamte Wertschöpfungskette von der Materialentwicklung über die Halbzeug- bis zur Endproduktherstellung bearbeitet. Diese Vorgehensweise ermöglichte es, fundierte Aussagen zu den verschiedenen Einsatzmöglichkeiten von Lignin zu treffen. Ziel des Forschungsvorhabens der KSG Leiterplatten GmbH waren grundlegende Untersuchungen zum Einsatz von Lignin als potentielles Substitutionsmaterial gegenwärtig eingesetzter Leiterplatten-materialien sowie während der Leiterplattenfertigung benötigter Verbrauchsmaterialien (Bohr-und Fräsbearbeitung). Für eine Einschätzung des Anwendungspotentials von Lignin wurden zuerst die Mindest-anforderungen an ein Lignin-basiertes Substratmaterial für Leiterplatten bzw. eine Lignin-basierte Bohrunterlage zusammengestellt. Daran anschließend wurde die Weiterverarbeitbarkeit der von den Projektpartnern zur Verfügung gestellten Leiterplattensubstrate bewertet sowie die wichtigsten Kenngrößen der gefertigten Lignin-basierten Leiterplatten erfasst. Zur Eruierung des Substitutionspotentials von Lignin als Bohrunterlage wurden die vom Projektpartner aus diversen Lignin-Rezepturen und einem Holzfasergehalt bis 80% hergestellten Bohrunterlagen umfangreichen Bohrversuchen sowie einer entsprechenden Materialcharakterisierung unterzogen. Im Rahmen der im Verbundvorhaben geplanten quantitativen Umweltbewertung einer Lignin-basierten Leiterplatte wurden die während der Leiterplattenfertigung eingesetzten Chemikalien sowie erforderlichen Energiemengen in einer umfangreichen Datensammlung erfasst.
Ergebnisdarstellung
Im Rahmen des Teilvorhabens 5 konnte die Anwendbarkeit von Lignin als alternativer Werkstoff sowohl für die bisher eingesetzten fossilen, meist erdölbasierten Leiterplatten-Basismaterialien als auch für das während der Bohrbearbeitung von Leiterplatten benötigte Verbrauchsmaterial prinzipiell demonstriert werden. Lignin-basierte Epoxidharze sowie ausgewählte, extrudierte Lignin-Rezepturen bewiesen die prinzipielle Integrierbarkeit von Lignin in ein Leiterplattensubstrat sowie die erfolgreiche Weiter-verarbeitung derartiger Substratmaterialien zu einer durchkontaktierten Leiterplatte. Die größten Erfolgschancen für die Herstellung eines IPC-gerechten, glasfaserverstärkten Leiterplattensubstrates weisen gegenwärtig Lignin-basierte Epoxidharze bis zu einem Lignin-Gehalt von maximal 40 % auf. Die mechanischen Kenngrößen Lignin-basierter Bohrunterlagen liegen bis auf eine unzulässig starke Verwindung und Wölbung im Bereich einer gegenwärtig bei der KSG Leiterplatten GmbH getesteten Bohrunterlage mittlerer Qualität. Für ein eingeschränktes Spektrum einfacher, durchkontaktierter Leiterplatten könnten Lignin-basierte Bohrunterlagen in einem Feldversuch getestet werden. Unter der Voraussetzung eines wirtschaftlichen Einkaufspreises und bei Akzeptanz eines gewissen Risikopotentials wäre der Einsatz Lignin-basierter Bohrunterlagen in der Leiterplattenfertigung prinzipiell denkbar. Einschränkungen ergeben sich aktuell noch bei der Fertigung hochwertiger, mehrlagiger Leiterplatten. Bei diesem Produktsegment ergibt sich ein zu hohes potentielles Kontaminationsrisiko der Leiterplatten durch Lignin-Reste, die beim Bohrprozess aus der Bohrunterlage in das Leiterplattenmaterial verschleppt werden. Die Zielstellung einer kostenneutralen Substitution gegenwärtig eingesetzter Leiterplatten-Basismaterialien bzw. Verbrauchsmaterialien der Leiterplattenfertigung durch umweltfreundlichere und ökoeffizientere Materialien auf Lignin-Basis ist zum heutigen Zeitpunkt noch nicht realisierbar.

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