Projekt ALU4CED: Revolution in der Elektronikfertigung geht in die Umsetzung

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Die Energie- und Ressourceneffizienz gewinnt im Produktlebenszyklus zunehmend an Bedeutung. Im Rahmen des Forschungsprojekts ALU4CED („Aluminium based multifunctional housing for circular electronic devices“) arbeiten das Fraunhofer IEM und drei Kooperationspartner an der nachhaltigen Gestaltung von elektronischen Geräten über den gesamten Lebenszyklus hinweg. Nach der Konstruktion eines Testgehäuses befindet sich das Projekt nun in der Umsetzungsphase.

Hand hält einen Stift und fährt damit über eine Platine.
© Fraunhofer IEM / Janosch Gruschczyk
Vermessung eines oberflächenintegrierten Bedienelementes zur Steuerung des Routers mittels Touch-Buttons. Die Abbildung zeigt den Schaltkreis auf einer mit MID-Lack beschichteten Aluminiumplatte.
Grafik ALU4CED
© Fraunhofer IEM
Im Mittelpunkt steht neben einem Aluminiumgehäuse die MID-Technologie.

WLAN-Router sind aus dem Alltag längst nicht mehr wegzudenken und versorgen die Umgebung mit Highspeed-Internet. Dabei handelt es sich bei den Routern häufig um eine Kombination aus Kunststoffgehäuse und Platine. Das Problem: Der Trennungsprozess von Kunststoffen, Metallen und Elektronik am Ende der Produktlebenszeit ist eine Herausforderung. Zusätzlich beinhalten einige Kunststoffbauteile flammenhemmende Additive, die eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft unterbinden. Dabei ist Kreislaufwirtschaft eigentlich das Thema der Stunde. Nicht zuletzt legt die Europäische Union mit der im März 2022 verabschiedeten EU-Verordnung für nachhaltige Produktgestaltung (ESPR) als Nachfolgerin der Ökodesign-Richtlinie unter anderem den Fokus auf die Nachhaltigkeit über den gesamten Lebenszyklus.

Das deutsch-polnische Projekt ALU4CED, in dem das Fraunhofer IEM zusammen mit dem Fraunhofer IZM sowie dem Tele and Radio Research Institute und dem Institute of Non-Ferrous Metals des Łukasiewicz Research Network zusammenarbeitet, greift das nun auf: Ziel des Projekts ist es, herkömmliche Kunststoffgehäuse und epoxidharzbasierte Leiterplatten (FR4-PCBs) durch Aluminium zu ersetzen. Obwohl Aluminium in der Herstellung einen größeren CO2-Fußabdruck als Kunststoff aufweist, zeigt es in der Kreislauffähigkeit seine Stärke, da es beliebig oft eingeschmolzen werden kann. Bereits nach zwei Produktzyklen übertrifft es die ökologischen Vorteile von Kunststoff bei Weitem.

Leiterbahnen direkt auf dem Gehäuse

Im Fokus von ALU4CED steht ein Herstellungsverfahren zum Platzieren und Verbinden von elektronischen Bauteilen auf beliebig geformten Aluminiumoberflächen. Diese Technologie – bislang erfolgreich für kunststoffbasierte, mechatronisch integrierte Bauelemente (Mechatronic Integrated Devices, MID) genutzt – wird nun eingesetzt, um beispielsweise Bedienelemente sowie Leiterbahn- und Antennenstrukturen direkt auf Aluminiumgehäusen zu erzeugen.

Nach der Durchführung verschiedener Einzeltests entwickeln die Forscher aktuell einen Demonstrator, mit dem die weitgehende Ersetzung der Leiterplatten und die Antennengestaltung getestet werden. Bereits abgeschlossen sind umfangreiche Simulationsstudien und Messungen zur Wärmeabfuhr, die die Effizienz des Designs bestätigen. Darüber hinaus wurden erste Konzepte zur elektrischen Verbindung von Innen- und Außenseite mithilfe von Nano-Tinte und durch das Laserschneiden von Löchern im Lack umgesetzt. Durchgeführte Haftungstests des Lacks zeigen bereits gute Ergebnisse und garantieren eine robuste und zuverlässige Verbindung der Komponenten. Zudem wurden bereits erste Antennen zur WLAN-Kommunikation entworfen, hergestellt und erfolgreich getestet.

Goldmedaille für Innovation

Dass das Thema voll in den Zeitgeist passt, zeigt die Aufmerksamkeit, die ALU4CED erhält. Auf der Kaohsiung International Invention & Design EXPO (KIDE) hat das Projekt die Goldmedaille für seinen Beitrag zur nachhaltigen Elektronik erhalten. ALU4CED läuft noch bis September 2025.