Mit Laserlicht zur gedruckten Elektronikvielfalt
Eine vielversprechende Alternative
Die Ansprüche an die bauteilintegrierte Elektronik sind in den letzten Jahren in vielen Branchen so stark gestiegen, dass sie sich oft nicht mehr mit konventionellen Elektronikkomponenten realisieren lassen. Als Alternative befindet sich die gedruckte Elektronik auf dem Vormarsch. Welche Rolle der Laser dabei spielt, zeigen die Experten des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT.
Auf die Nachbehandlung von Beschichtungen mit dem Laser hat sich die Arbeitsgruppe Dünnschichtverfahren am Fraunhofer ILT spezialisiert: Zu ihren Schwerpunkten zählt die laserbasierte Behandlung von gedruckten, hauchdünnen Elektronikschichten. Damit sich Bauteile für die Integration einer elektrischen Funktion optimal bedrucken lassen, kommen nasse Beschichtungsverfahren wie Tintenstrahl-, Tampon- oder Dispensdruck und viele weitere Verfahren zum Einsatz. Es lassen sich hier je nach Verfahren unterschiedliche Schichten aufbringen, die beispielsweise in der Dicke, Breite oder der Struktur variieren.
Laserbasierte Wärmenachbehandlung in zwei Schritten
Alle Schichten haben jedoch einen gemeinsamen Nenner: Sie benötigen eine Wärmenachbehandlung, die konventionell beispielsweise in einem Ofen geschieht. »Der Ofeneinsatz dauert teilweise lange und ist sehr energieintensiv, da das gesamte Bauteil aufgeheizt wird«, erklärt Dr. Christian Vedder, Gruppenleiter am Fraunhofer ILT. »Stattdessen bietet sich der Einsatz eines Laserstrahls an, der deutlich gezielter und schneller arbeitet: Mit ihm können kleine Strukturen auf Bauteilen in derart kurzer Zeit bearbeitet werden, dass eine lokale Erhitzung der Beschichtung auf Temperaturen oberhalb der Zerstörschwelle des Bauteils möglich ist, ohne dieses zu schädigen.«
Die Laserbearbeitung vollzieht sich in zwei Schritten: Zunächst wird mit dem Laserstrahl die Schicht getrocknet und damit Löse- und Hilfsmittel entfernt. Am Schluss bleiben nur noch die sogenannten Funktionspartikel zum Beispiel aus Silber, Gold etc. übrig. Der Laser schmilzt diese Mikro- beziehungsweise Nanopartikel anschließend teilweise oder vollständig auf und verbindet sie so miteinander, dass sie zum Beispiel Strom leiten können.
Gedruckter Sensor ersetzt Dehnungsmessstreifen
Die Leistungsfähigkeit auf diesem Gebiet demonstriert das Fraunhofer ILT beispielweise an einem additiv gefertigten Dehnungsmessstreifen, mit dem sich die Dehnung eines Bauteils messen lässt. Als Alternative zum üblichen Folien-Dehnungsmessstreifen, der bisher manuell auf das Bauteil aufgeklebt wird, haben die Aachener ein Verfahren zum direkten Aufbringen des Sensors entwickelt. Die Wissenschaftler deponieren eine Isolationsschicht auf einem metallischen Bauteil, auf die nach der laserbasierten Aushärtung ein Messgitter inklusive Leiterbahnen mittels Inkjet oder Aerosoljet gedruckt wird. Bei Bedarf folgt das abschließende Verkapseln mit einer weiteren Isolationsschicht.
Mehr Informationen zum Fraunhofer ILT:
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Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT |
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Steinbachstr. 15 |
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52074 Aachen |
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Telefon +49 241 8906-0 |
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www.ilt.fraunhofer.de |
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