Thema des Monats Mai 2009


Bild1: Ein neuartiges PP-Compound mit ist der Schlüssel für eine metallfreie MID-Technologie, mit der sich dreidimensionale Schaltungsträger in nur zwei Fertigungsschritten herstellen lassen. Quelle: pp-mid, Rathsberg.

Die Miniaturisierung von Bauteilen bei gleichzeitiger Integration von komplexen Funktionen ist eine große Triebkraft zur Schaffung von produktspezifischen Alleinstellungsmerkmalen. In technisch anspruchsvollen Produkten – wie etwa Drähten und Interfaces – gewinnen derartige Konzepte zunehmend an Bedeutung und spielen eine entscheidende Rolle für die Realisierung von innovativen Zukunftslösungen. Diese Thema des Monats zeigt, welche Anstrengungen in den Forschungs- und Entwicklungsabteilungen von Firmen und Universitäten unternommen werden, um den stetig steigenden Ansprüchen des Marktes in diesem Kontext nachzukommen.

MID-Technologie - Laser erzeugt leitfähige Strukturen

Mit der Entwicklung eines neuartigen Compound auf der Basis von Polypropylen (PP) wird es möglich, spritzgegossene Schaltungsträger – so genannte Molded Interconnect Devices, MID – wesentlich einfacher als bisher herzustellen. Die neue Technologie beruht auf der Tatsache, dass die leitfähigkeitsgebende, auf Kohlenstoff basierende, Komponente bereits in den Compound eingelagert ist. Durch diesen Entwicklungsschritt entfallen die bisher nötigen Metallisierungsprozesse vollständig, so dass sich MIDs in nur zwei Fertigungsstufen herstellen lassen. Im ersten Schritt wird das gewünschte Bauteil durch einfaches Einkomponenten-Spritzgießen gefertigt. Danach wird die Bauteil-Oberfläche durch eine definierte Laserbestrahlung des thermoplastischen Kunststoffs definiert angeschmolzen. In den derart behandelten Bereichen tritt die Leitfähigkeitskomponente an die Oberfläche. Dadurch wird das Bauteil zum Schaltungsträger, der beliebig geformte Leiterbahnen und -flächen mit der gewünschten Leitfähigkeit trägt. Die kratzfesten und mechanisch stabilen MIDs aus dem neuen PP-Compound eignen sich vor allem zur Herstellung von Komponenten, die für kleinere elektrische Leistungen ausgelegt sind, sowie zum Potenzialausgleich und zur Abschirmung.

Kostengünstig: Gedruckte Elektronik

Gedruckte Elektronik kann in zahlreichen Anwendungen punkten – gerade in einfachen Applikationen überzeugt diese Technologie im Vergleich zur bekannten Fotolithographie durch ihre Funktionalität, ihren Beitrag zur Ressoursenschonung und ihre Wirtschaftlichkeit. Gedruckte Elektronik gibt es bereits – in konventionellen Materialsystemen bauen Polymere die Leiterbahnen und Bauelemente auf. Das elektronische Eigenschaftsprofil dieser Werkstoffe reicht jedoch nicht an das von anorganischen Materialien heran. Die Ladungsträger bewegen sich in den Polymeren langsamer und limitiert zentrale Funktionen – beispielsweise wird bei gedruckten RFIDs gegenüber herkömmlichen RFIDs die Reichweite signifikant herabgesetzt. Zusätzlich reagieren polymere Systeme häufig empfindlicher auf Umwelteinflüsse wie etwa Feuchtigkeit und UV-Strahlung. Ein Forscherteam um Dr. Michael Jank vom Fraunhofer-Instituts für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie, IISB in Erlangen hat kürzlich eine neue Prozesslinie in Betrieb genommen, in der sich elektrische Bauelemente aus anorganischen Materialien drucken lassen – mit einem Tintenstrahldrucker, wie man ihn in ähnlicher Form aus dem Büroalltag kennt. Die Forscher haben dazu eine Tinte aus elektrisch leitfähigen Nanopartikeln und Stabilisatoren entwickelt, die alle Anforderungen an eine gute Verarbeitbarkeit erfüllt. Erste Druckversuche hat die Nano-Tinte bereits erfolgreich gemeistert. In naher Zukunft, so hoffen die Forscher, können erste Schaltungen mit einfachen Funktionen hergestellt werden. »Wir erwarten, dass gedruckte Produkte bei einfachen Schaltkreisen rund 50 Prozent billiger sind als siliziumbasierte«, sagt Projektleiter Dr. Jank. Diese sind beispielsweise geeignet um Temperaturen zu überwachen, Daten zu speichern und zu übermitteln.

Nanodrähte: Die dünnsten Drähte der Welt


Bild2: Schön parallel verlaufen die Gold-Nanodrähte, die in der Würzburger Physik erzeugt werden. Jeder "Hügel" in den Reihen entspricht einem einzelnen Atom. Das Bild wurde mit einem Rastertunnelmikroskop erzeugt. Aufnahme: Lehrstuhl für Experimentelle Physik IV, Universität Würzburg.

Physiker aus dem Team um Prof. Ralph Claessen von der Universität Würzburg haben kürzlich den dünnsten Draht der Welt herstellen können – er ist eine Million mal feiner als ein menschliches Haar. Dazu verdampften die Wissenschafter unter Vakuumbedingungen bei Temperaturen um 500 Grad Celsius elementares Gold und scheiden den Dampft auf einem Germaniumsubstrat ab. Durch spezielle Präparationsmethoden ist es den Forschern gelungen, die Anordnung der Goldatome geometrisch zu definieren. Es entsteht kein Film – vielmehr ordnen sich die Goldatome selbsttätig zu geradlinigen und parallel verlaufenden Ketten an, die zudem weit genug voneinander entfernt sind, um sich nicht gegenseitig zu beeinflussen. Auch die Manipulation dieser Nanodrähte ist zwischenzeitlich möglich geworden, dazu zählen beispielsweise Variationen hinsichtlich des Durchmessers oder die Vernetzung zwischen unterschiedlichen Leiterbahnen. Mit diesen Erkenntnissen haben die Wissenschaftler neues Grundlagenwissen geschaffen und gleichzeitig die technologische Machbarkeit gezeigt, die zukünftig beispielsweise in der Elektronik und Computertechnik große Bedeutung erlangen könnte.

Dr.-Ing. Christoph Konetschny
Material- und Nanoexperte
www.materialsgate.de


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