Aufgabenstellung

Bisher erschließen Mechatronic Integrated Devices (MID) durch Funktionsintegration meist völlig neue Möglichkeiten für elektromechanische Verbindungselemente mit Dimensionen im Bereich von Millimetern bis einigen Zentimetern. Für Anwendungen mit größeren Abmessungen von einigen Dezimetern gibt es derzeit kein effizientes und kostengünstiges Verfahren. Im Rahmen des Projektes wurde eine Prozesskette zur Herstellung von elektrisch leitfähigen Strukturen auf großflächigen Bauteilen mit dreidimensionaler Topographie bestehend aus einem Direct-Printing-Verfahren in Kombination mit anschließender Laserbestrahlung entwickelt. Die Vorteile der Prozesskette liegen vor allem in der Substitution des aufwendigen Ofensinterprozesses durch den flexiblen Laserprozess und die dadurch erreichbare selektive Wärmeeinbringung in das Bauteil, bei der eine thermische Beschädigung des Bauteils vermieden werden kann.

Vorgehensweise

Zur Herstellung der Silberpartikel-haltigen Leiterstrukturen auf den Bauteiloberflächen wird sowohl ein Dispensier-, als auch ein Aerosol-Jet-System für die selektive Sinterung mittels Laserstrahl entwickelt. Das Ziel ist das Erreichen eines hohen Sintergrads der Struktur und zugleich die Vermeidung von thermisch bedingten Schädigungen an den bestrahlten Materialien. Zur Bewertung des Prozesspotentials sowie der 3D-Fähigkeit des Prozesses soll basierend auf den Ergebnissen ein Demonstrator konzeptioniert und hergestellt werden.

Ergebnisse

Mittels selektiver Laserbestrahlung wurden Leiterstrukturen mit verschiedenen Silberpartikel-Tinten auf Kunststoff- und Glassubstraten erzeugt und anschließend charakterisiert. Durch die Auswahl geeigneter Bestrahlungsparameter konnten im Vergleich zum herkömmlichen Ofenprozess mind. 100 % höhere Leitfähigkeiten bei einer gleichzeitigen Reduktion der Sinterdauer auf wenige Millisekunden sowohl für Mikro-, als auch für Nanopartikel-Pasten erreicht werden. Durch die Herstellung des Demonstrators konnte die Bauteilfähigkeit der neuartigen Prozesskette sowie das Prozesspotential für die Anwendung auf großflächigen, dreidimensionalen Formkörper gezeigt werden.