META-COAT®

META-COAT ®
Metallisierung von
Hochleistungskunststoffen
Kunststoffbeschichtung
Einfache Vorbehandlung
Individuell anpassbare
Schichten
Hohe Haftfestigkeit
Hervorragende elektrische
Leitfähigkeit
Gute Lötbarkeit
Elektromagnetische
Abschirmung
Gute Chemikalienbeständigkeit
Hohe Verschleißfestigkeit
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plating
Metallisierung von
Hochleistungskunststoffen
META-COAT ®
Was ist META-COAT ®?
Die Forderung nach neuen Verbundwerkstoffen mit verschiedenen spezifischen Eigenschaften
wird in zunehmendem Maße
von der Industrie gestellt. Mehr
und mehr dringen Kunststoffe
in Anwendungsbereiche vor,
wo funktionelle Eigenschaften
auf hohem Niveau zu günstigen
Konditionen verlangt werden.
Das META-COAT ® -Verfahren
dient der Metallisierung von Hochleistungs- und faserverstärkten
Kunststoffen und entspricht den
industriellen Anforderungen. Eine
nach diesem Verfahren erzeugte
erste Schicht kann bereits eine
technische Funktion wie z.B.
Abführen statischer Ladung und
Verschleißbeständigkeit übernehmen.
Durch Aufbringen weiterer metallischer Schichten entsteht ein
Schichtsystem, das optimal an die
Funktion des Bauteils angepasst
werden kann.
Wie entstehen META-COAT ®-Schichten?
META-COAT ®-Schichten werden
auf Kunststoffen durch eine dem
jeweiligen Grundwerkstoff und der
Geometrie angepasste Vorbehandlung erzeugt. Die Vorbehandlung
basiert im wesentlichen auf einer
mechanischen Mikrostrukturierung,
einer chemischen oder physikalischen Veränderung der Oberfläche
oder Kombinationen aus diesen
Vorbehandlungen.
Nach einer nachfolgenden Aktivierung werden auf die Oberfläche
entweder auf chemischem oder
auf elektrolytischem Wege Metalle
wie z.B. Kupfer, Nickel, Silber, Zinn
oder Gold abgeschieden. Bei den
elektrolytischen Verfahren sind
gewisse Einschränkungen hinsichtlich komplexer Geometrien (Hinterschneidungen, Sackbohrungen,
Nuten, etc.) zu berücksichtigen.
(Alle in diesem Prospekt aufgeführten technischen Werte gelten unter den dort genannten
Testbedingungen. Wir weisen deshalb ausdrücklich darauf hin, dass auf Grund der
unterschiedlichen Einsatzbedingungen nur ein
Praxistest beim Anwender Aufschluss über die
Leistungsfähigkeit der Schicht bzw. des
Schichtsystems geben kann.)
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Metallisierung von
Hochleistungskunststoffen
META-COAT ®
META-COAT ®-veredelbare Werkstoffe
Durch die Beschichtung werden
die Eigenschaften von Kunststoffen
und Metallen kombiniert und ihre
gemeinsamen Vorteile genutzt.
Thermoplaste sind preiswerte
Basiswerkstoffe, die sich einfach
und kostengünstig formen lassen.
PPS Polyphenylensulfid
PEEK Polyetheretherketon
LCP Liquid Crystalline Polymer
CFK Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe
Faserverstärkte Kunststoffe weisen
eine hohe Steifigkeit bei geringem
Gewicht auf. Beide Arten von
Grundwerkstoffen sowie Duroplaste wurden mit META-COAT ®
bereits erfolgreich beschichtet:
GFK Glasfaserverstärkte
Kunststoffe
PPA Polyphthalamid
und weitere Kunststoffe
REM-Aufnahme (Falschfarbendarstellung) eines
Querschliffes einer Polymerprobe, die mit 5 µm
Chemisch Kupfer beschichtet ist. Das Polymer ist
sowohl mit Glas- als auch mit Mineralfasern gefüllt.
Anlage zur Metallisierung von Kunststoffen
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Metallisierung von
Hochleistungskunststoffen
META-COAT ®
Technische Eigenschaften
Verschleißfestigkeit:
Haftfestigkeit:
Das META-COAT -Verfahren
zeichnet sich durch eine exzellente
Haftung der Metallschichten auf
unterschiedlichsten Kunststoffsubstraten aus. Durch die spezielle
Vorbehandlung der Kunststoffsorten
lassen sich Haftfestigkeiten von bis
zu 35 N/mm 2 (auf GFK, Stirnzugversuch) erreichen.
Prinzipiell lassen sich technische
Hochleistungskunststoffe wie PEEK,
PPS, LCP und PPA sehr gut
beschichten. Glas- und/oder mineralfaserverstärkte Materialien sind
unverstärkten Kunststoffen deutlich
vorzuziehen. Je nach Material,
Geometrie und Schichtsystem
werden unterschiedliche Haftfestigkeiten erzielt. Einhergehend mit
der Vorbehandlung weisen mit
META-COAT ® beschichtete Oberflächen in der Regel eine Rauigkeit
von Ra=1,0–4,0 µm auf.
®
Aufgrund der hohen Haftfestigkeit
ist nach dem Aufbringen einer entsprechend dicken Schicht, z.B. eine
mechanische Bearbeitung durch
Schleifen, Verpressen und spanende
Bearbeitung möglich.
Temperaturbelastbarkeit:
Die Temperaturbelastbarkeit ist
abhängig von der Art des ausgewählten Grundwerkstoffes und der
Beschichtung. Beispielsweise kann
ein Schichtsystem bestehend aus
5 µm Kupfer und 3 µm Zinn auf
PEEK oder PPS kurzzeitig Temperaturen bis zu 330 °C widerstehen,
wie sie bei Lötvorgängen erreicht
werden.
Die Verschleißfestigkeit eines
Kunststoffes kann durch das
META-COAT ®-Verfahren deutlich
verbessert werden. Wird eine
Chemisch Nickel-Schicht mit eingelagertem Siliziumcarbid-Partikeln
(SIC-DURNI-DISP) auf einen Kunststoff aufgebracht, beträgt der
Abrieb im Taber-Abraser-Test nach
10.000 Umdrehungen nur 5–8 mg
(Schleifrolle CS 17) und erreicht
damit Dimensionen, die denen
von Hartchrom ähneln.
Schichtdicken:
Je nachdem ob eine Einzelschicht
oder eine Schichtkombination auf
dem Grundwerkstoff aufgebracht
wurde, liegen die zu erzielenden
Schichtdicken im Bereich von 3 µm
bis 2 mm.
Chemikalienbeständigkeit:
Eine Chemisch Nickel-Schicht
(DURNI-COAT ®) kann etwa
Polyamid vor Chemikalien wie
Chloroform, Methylenchlorid,
Ameisensäure, Phenole und
Kresol schützen.
Elektrische Leitfähigkeit:
Durch Aufbringen einer nur
wenige Mikrometer dicken Silberschicht wird einer Kunststoffoberfläche eine hervorragende
elektrische Leitfähigkeit verliehen
(106 Ω-1 m-1 bei 20 °C). Die Silberschicht ist lötfähig.
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Metallisierung von
Hochleistungskunststoffen
META-COAT ®
Allgemeine Schichteigenschaften
je nach erzeugter Metallschicht:
hohe Haftfestigkeit
Verschleißfestigkeit
Korrosionsbeständigkeit
elektrische Leitfähigkeit
Shielding
Wärmeleitfähigkeit
Lötbarkeit
Diffusions- und Gasbarriere
versteifende Wirkung
Metallisierte Kunststoffteile für
den Prototyp einer Ansaugbrücke für Toyota Yaris
(Engineering & Bild: Hagen
Engineering GmbH)
Glasfaserverstärktes Kunststoffgehäuse für den Hochfrequenzbereich in der Telekommunikationstechnik: Rechts unbeschichtet, oben beschichtet mit 6 µm Chemisch Nickel (DURNI-COAT ®) plus
6 µm Silber.
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Hochleistungskunststoffen
META-COAT ®
META-COAT ®-Anwendungen
Durch META-COAT ® lassen sich
Bauteile aus Aluminium, Zinkdruckguss, Magnesium oder
Stahl durch metallbeschichtete
Kunststoffe ersetzen.
Durch META-COAT ® lassen
sich auch Neukonstruktionen
aus Kunststoff realisieren.
Titelbild:
Wireless-Data-Link aus Kunststoff, versilbert nach
dem META-COAT ®-Verfahren, um Lötbarkeit und
HF-Reflektion zu ermöglichen.
Einsatzgebiete
Chemische Industrie
Fahrzeugbau
Haushaltsgeräteindustrie
Luft- und Raumfahrt
Maschinenbau
Medizintechnik
Mikroelektronik
Optik und Feinwerktechnik
Sensorik
Sportindustrie
Telekommunikation
Lampenfassung aus kohlenstofffaserverstärktem
Kunststoff nach einer Vernickelung. Die Beschichtung
hat die Aufgabe, Licht zu reflektieren.
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Metallisierung von
Hochleistungskunststoffen
META-COAT ®
Beispiele von Schichtsystemen
Korrosionsschutz:
Chemisch abgeschiedene Nickel-Phosphorschicht
Verschleißschutz:
Chemisch abgeschiedene Nickel-Phosphorschicht
+ chemisch abgeschiedene Nickel-Phosphorschicht
mit eingelagerten Siliziumcarbid-Partikeln
3–30 µm
5 µm
15 µm
Lötbarkeit:
Chemisch abgeschiedene Kupfer-Schicht
+ elektrolytisch abgeschiedene Zinn-Schicht (technisch Zinn)
Chemisch abgeschiedene Nickel-Phosphorschicht
+ elektrolytisch abgeschiedene Silber-Schicht
5 µm
3 µm
5 µm
3 µm
EMV Elektromagnetische Verträglichkeit:
Chemisch abgeschiedene Kupfer-Schicht
+ elektrolytisch abgeschiedene Zinn-Schicht (technisch Zinn)
5 µm
3 µm
Bauteilversteifung für Rapid Prototyping:
Chemisch abgeschiedene Nickel-Phosphor-Schicht
+ elektrolytisch abgeschiedene Sulfamatnickel-Schicht
Chemisch abgeschiedene Nickel-Phosphor-Schicht
+ elektrolytisch abgeschiedene Kupfer-Schicht
(zusätzlich optimierte Wärmeleitung)
ggf. zusätzlicher Korrosionsschutz erforderlich
3 µm
100–150 µm
3 µm
100–150 µm
Wärmereflektion:
Chemisch abgeschiedene Nickel-Phosphorschicht
+ Sudgold
5 µm
0,1 µm
Reflektion im hochfrequenten Bereich (z.B. GHz):
Chemisch abgeschiedene Nickel-Phosphorschicht
+ elektrolytisch abgeschiedene Silber-Schicht
Chemisch abgeschiedene Kupfer-Schicht
+ elektrolytisch abgeschiedene Silber-Schicht
5 µm
1–5 µm
5–10 µm
1–5 µm
Reibwertreduzierung/Verschleiß:
Chemisch abgeschiedene Nickel-Phosphorschicht
+ chemisch abgeschiedene Nickel-Phosphorschicht
mit eingelagerten PTFE-Partikeln
5 µm
15 µm
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Hochleistungskunststoffen
META-COAT ®
3D-MID (Molded Interconnect Device)
Das MID-Verfahren:
Mit der MID-Technologie werden
– bei der Serienproduktion von
Steckerplatinen, 3D-Schaltungsträgern, Leiterplatten, EMVGehäusen oder anderen elektrotechnischen Bauteilen – Teilezahl
und Montageaufwand reduziert
sowie Gestaltungsfreiheit und
Reproduzierbarkeit erhöht.
Denn bei der MID-Herstellung
werden elektrische und
mechanische Funktionen in
einem Spritzgussteil vereint.
Anwendungsbeispiel aus der Elektronikindustrie,
bei dem zwei verschiedene LCP-Typen miteinander
kombiniert sind
3D-MID: 2-K-Spritzgusstechnik
AHC nutzt zur Metallisierung
von MID-Bauteilen die ZweiKomponenten-Spritzgusstechnik
(Two-shot molding). Durch den
Einsatz der Zwei-KomponentenSpritzgusstechnik besteht die
Möglichkeit, räumlich spritzgegossene Kunststoffbauteile partiell
zu metallisieren, da eine metallisierbare Kunststoffkomponente
(LCP Vectra 820iPd) mit einer
nicht metallisierbaren Kunststoffkomponente verbunden wird.
Die metallisierbare Komponente
kann auch die Form von elektrischen Leiterbahnen annehmen,
die über die Zwei-KomponentenSpritzgusstechnik darstellbar sind.
Diese Technologie bietet eine
Alternative zu den bekannten
Verfahren mit Leiterplatten und
Stanzgittern.
AHC / 07.09
Der im Vergleich zu anderen
Thermoplasten kostenintensive
Werkstoff LCP (Liquid Crystalline
Polymer) bietet sich besonders
bei äußerst feinen Leiterbahnstrukturen (Strukturfeinheit bis 200 µm)
und langen Fließwegen an, die
beispielsweise mit Polyamid
oder PC/ABS nicht mehr realisiert
werden können. LCP ist ein hochtemperaturbeständiger und extrem
maßhaltiger Werkstoff, der mit
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den gängigen Verfahren gelötet
werden kann und kein Wasser
aufnimmt.
Chemisch Kupfer
Insbesondere für Zwei-Komponenten-Kunststoffe wie LCP hat
AHC einen Chemisch-KupferElektrolyten mit hoher Abscheidegeschwindigkeit und hoher Selektivität entwickelt. Es werden
Schichtdicken von bis zu 20 µm
Kupfer erreicht. Auf die Kupferschicht können bei Bedarf weitere
funktionelle Schichten abgeschieden werden, z.B. Chemisch Nickel
(DURNI-COAT ®) oder Chemisch
Nickel/ Gold.
Schichteigenschaften
Zur Untersuchung der Temperaturwechselbeständigkeit, der Haftung
und der Duktilität der Chemisch
Kupfer-Schicht wurde eine
Temperaturwechselprüfung
nach DIN 53496* durchgeführt
(4 h bei -40 °C, 1 h bei RT, 16 h
bei +160 °C, vier Zyklen). Dabei
konnten keine optisch erkennbaren
Schäden an der Schicht, keine
Blasenbildung oder Mikrorisse
festgestellt werden.
(* jetzt ersetzt durch DIN 53100)
Haftfestigkeit
Die Haftfestigkeit liegt bei LCP
als Grundwerkstoff deutlich
über 0,5 N/mm (Schältest).
Laserstrukturierte Komponenten
Ebenfalls können laserstrukturierte
Materialien wie Kupfer-dotiertes
PBT (Polybutadienterephtalat),
Palladium-dotiertes LCP (Liquid
Crystalline Polymer) und weitere
Kunststoffe beschichtet werden.
Bei der Laserstrukturierung werden
mittels Laserbearbeitung Bereiche
der Oberfläche selektiv aktiviert,
die im Hause AHC metallisiert werden können.