Kontakt durch Tinte aus Silberpartikeln
In Sensorsystemen müssen Leiterbahnen richtig "verdrahtet" sein. Anstelle von störenden Drahtverbindungen drucken Forscher die Leiterbahnen jetzt auf. Die Strukturen, die so entstehen, sind dünner und die Messungen des Sensors präziser.
Gedruckte Leiterbahnen verbinden einen Strömungssensor (unten) mit den Kontakten einer Leiterplatte (oben).
© Fraunhofer IFAM
Moderne Autos stecken voller Sensoren. Die optimale Luftmenge im Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors regeln beispielsweise thermoelektrische Strömungssensoren. Sie messen, welche Mengen eines Gases oder einer Flüssigkeit in eine bestimmte Richtung fließen. Eine andere Verwendung finden solche Sensoren in der Medizin: Dort regulieren sie minimale Medikamentenmengen.
Entscheidend für die Funktion der thermoelektrischen Sensoren ist der richtige Kontakt: Die aus einem Silizium-Wafer und einer Membran bestehenden Messfühler sind in einer Leiterplatte eingebettet. Damit der nötige Strom zwischen den Kontakten des Sensors und der Leiterplatte fließen kann, muss eine Leiterbahn geschaffen werden - Experten sprechen von der "Kontaktierung". Forscher am Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM in Bremen arbeiten an einem besonderen Verfahren: "Bisher hat man für die Kontaktierung hauptsächlich Drahtbonds verwendet - also dünne Drähte", erklärt Christian Werner, Projektleiter am IFAM. "Doch Drahtbonds stehen hervor und beeinträchtigen deshalb das Strömungsverhalten der Gase und Flüssigkeiten. Das kann hochpräzise Messungen beeinflussen." Die Forscher haben deshalb eine neue Technik entwickelt: das INKtelligent printing®. Der Clou dieses Verfahrens: Statt eine Leiterbahn zu verdrahten, drucken die Forscher die Leiterbahnen. Dabei handelt es sich im Wesentlichen um ein berührungsloses Aerosoldruckverfahren. Das Besondere daran ist die Tinte: "Die Suspension enthält Nano-Silberpartikel in einem speziellen Lösungsmittel", sagt Werner. "Damit lassen sich extrem dünnschichtige Leiterbahnen drucken." Eine anschließende thermische Behandlung aktiviert die elektrische Leitfähigkeit der Verbindungen.
Geprüft und getestet haben die Forscher diese Leiterbahnen gemeinsam mit Kollegen des Bremer Instituts für Mikrosensoren, -aktuatoren und -systeme IMSAS. Die Ingenieure haben eines der Hauptprobleme thermoelektrischer Sensoren gelöst. Anstelle von Drahtbonds mit einer Höhe von insgesamt 1 bis 1,5 Millimetern sind die gedruckten Leiterbahnen gerade mal 2 bis 3 Mikrometer hoch, also knapp fünfhundert-mal dünner als Drahtbonds. Das macht die Messungen der Sensoren viel exakter. Die neuartige Technologieplattform INKtelligent printing® stellen die Fraunhofer-Forscher auf der Messe Sensor und Test in Nürnberg vom 6. bis 8. Mai vor (Halle 7, Stand 331).
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