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Dr. Thomas Schubert – (Pilot)-Anwendungen von Aluminium-Beschichtungen aus ionischen Flüssigkeiten in Mikroelektronik – Automobilbau – Aerospace

Ionische Flüssigkeiten sind Salze, die einen Schmelzpunkt unter 100°C besitzen. Sie sind unbrennbar und besitzen eine hohe thermische Stabilität sowie einen sehr geringen Dampfdruck. Viele ionische Flüssigkeiten zeichnen sich durch ein breites elektrochemisches Fenster von bis zu sieben Volt aus, welches prinzipiell auch die Abscheidung von Metallen mit hohen Reduktionspotentialen ermöglicht. Da die meisten Ionischen Flüssigkeiten aprotische Lösungsmittel sind, ergibt sich daraus ein weiterer wichtiger Vorteil im Gegensatz zu wässrigen Galvanisierungssystemen: die Vermeidung der Wasserstoffentwicklung und der daraus zum Teil resultierenden Wasserstoffversprödung der Metallschicht bzw. des Werkstücks. Aluminium lässt sich aufgrund seines hohen Reduktionspotentials nicht aus wässrigen Lösungen abscheiden.

Prinzipiell existieren jedoch sehr interessante Anwendungen für Aluminiumschichten im Bereich des Korrosionsschutzes oder im Designbereich. So können im (Automobil)-Designbereich z. B. Chromschichten durch glänzende Aluminiumschichten ersetzt werden. Auch in der Elektronikindustrie eröffnen homogene Aluminiumbeschichtungen auf unterschiedlichsten Strukturen neue Möglichkeiten zur Effizienzsteigerung. So können z. B. Leiterbahnen aus Kupfer durch entsprechende Aluminiumbahnen bei ähnlicher Leitfähigkeit ersetzt werden.

Dies erspart unter anderem Kosten bei der Rohstoffbeschaffung und reduziert das Gewicht des Bauteils, was in diesem unter starkem Preisdruck stehenden Industriezweig einen deutlichen Vorteil darstellen kann. Eine galvanische Beschichtung mit Aluminium aus nicht brennbaren ionischen Flüssigkeiten ist daher aus technischer Sicht vielversprechend.

Im europäischen Verbundprojekt “SCAILUP“ konnte nun in einer Pilotanlage die automatisierte Aluminiumabscheidung aus ionischen Flüssigkeiten auf Kunststoff- und Metall-Substraten aus der Automobilindustrie bzw. dem Turbinenbau erfolgreich demonstriert werden.

Der Vortrag stellt unsere aktuellen Forschungsergebnisse zur Entwicklung und zum Hochskalieren von Abscheideverfahren aus ionischen Flüssigkeiten sowohl für die Anwendung im Automobilbau als auch im Bereich der Mikroelektronik zur Aluminiumbeschichtung auf Leiterplatten und Si-Wafern vor. Wir berichten über die hohen Anforderungen, die der Elektrolyt sowohl an den Anlagenbau als auch an die verwendeten Werkstoffe stellt, den Einfluss von Additiven bzw. Fremdstoffen wie Wasser auf die Qualität der Aluminiumabscheidung. Des Weiteren werden Einflussfaktoren in der Nachbehandlung der erzeugten Aluminiumschichten vorgestellt. Für die ökonomische und ökologische Betrachtung dieses Aluminium-Ausscheidungsprozesses wird eine Life-Cycle-Analysis des eingesetzten Elektrolyten präsentiert.

Die vorgestellten Arbeiten wurden unterstützt durch Förderung des BMBF (Förder-kennzeichen: 16ES0329K) sowie durch das 7th Framework Programme der EU
(EC-CONTRACT CP-FP 608698)