Faszination Technik Neuartige Tinten für die Elektronik der Zukunft

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In unserer Rubrik „Faszination Technik“ stellen wir Konstrukteuren jede Woche beeindruckende Projekte aus Forschung und Entwicklung vor. Heute: metallorganische Tinten für die industrielle Herstellung gedruckter Leiterbahnen.

Gedruckte Elektronik gilt als Schlüsseltechnologie für das Internet of Things (IoT), das Auto der Zukunft, multifunktionale Photovoltaik sowie die nächsten Generationen von Wearables für Gesundheit und Sport. Die gedruckte Elektronikbranche hat sich als wichtige Wachstumsindustrie etabliert, entwickelt sich ständig weiter und eröffnet immer neue Anwendungs- und Einsatzmöglichkeiten. In unserem Alltag sind insbesondere Smartphones, Fernseher, Smartwatches und Fitnesstracker nicht mehr wegzudenken. Für die nötige Energiegewinnung sind u. a. Lösungen für Photovoltaik-Anwendungen gefragt. Hier sind besonders die Einsatzmöglichkeiten von Low-Cost-Elektronik vielfältig und reichen von flexiblen Displays und gedruckten Solarzellen über Smart Labels bis hin zu intelligenten Verpackungslösungen.

Allerdings fehlt es im Bereich der individualisierbaren Kleinserien-Elektronik bisher an druckbaren, kunststofffreien Materialien, die Leiterbahnen in gleichbleibend hoher Qualität liefern.

Additive Fertigungsverfahren für gedruckte, individualisierbare Elektronik

Im Projekt „Printed Silver“ werden konventionelle, energieintensive Fertigungsmethoden durch effiziente additive Druckprozesse (Tintenstrahldruck) ersetzt. Die Tinte selbst besitzt zunächst keine metallischen Eigenschaften, sondern entwickelt diese erst nach dem Auftragen auf das flexible Trägermaterial. Mithilfe einer anschließenden Plasmabehandlung entstehen hochleitfähige, kristalline Metallschichten. Dieser Ansatz, der bislang kaum erforscht ist, ermöglicht die präzise und qualitativ hochwertige Fertigung von Leiterbahnen für eine individualisierbare und kostengünstige Elektronikherstellung.

Drei Kooperationspartner – die OrelTech GmbH, die Inuru GmbH und die Humboldt-Universität zu Berlin – arbeiten gemeinsam an der Umsetzung. Anders als der Name des Projektes suggeriert, geht es nicht nur um Silber-, sondern auch um Gold- und Platintinten, die insbesondere für Elektronik in der Medizin-, Luft- und Raumfahrttechnik sowie für optoelektronische Anwendungen zum Einsatz kommen. Das im Rahmen von „KMU-innovativ – Materialforschung“ vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) über 2 Jahre geförderte Projekt „Printed Silver“ erhält eine Zuwendung von rund 569.000 Euro.

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Innovative Tinte speziell für industrielle Druckköpfe

Die Umsetzung der Tintenentwicklung am Beispiel einer Silbertinte sowie die daraus abgeleitete Tintenformulierung für industrielle Druckköpfe obliegt der Oreltech GmbH. Die Humboldt-Universität zu Berlin erstellt einen Versuchsaufbau zur Durchführung von Drucktestreihen, um den Verarbeitungsprozess durch Plasmabehandlung im Labormaßstab sicherzustellen. Die im Labormaßstab entwickelte Technologie wird im Rahmen einer Produktionslinie für einbettbare Lichtfolien (ELF) von der Inuru GmbH auf den industriellen Maßstab übertragen. Dies beinhaltet die Skalierung auf großflächige Trägermaterialien, die Optimierung von Prozesszeiten und -eigenschaften sowie die Sicherstellung einer gleichbleibenden Qualität und Präzision.

Die Idee zum Projekt „Printed Silver“ ist im Rahmen des Innovationsnetzwerks Prevon – Production Evolution Network entstanden, das über das Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) gefördert wird. Im Zuge der Mitgliedschaft werden die Partner aktiv bei der Realisierung von F&E-Projekten sowie der Sicherstellung der Finanzierung unterstützt. Betreut wird Prevon von der IWS GmbH, die auch das Antragsmanagement der Kooperationsprojekte übernimmt und die Mitglieder intensiv bei der Entwicklung neuer Technologien begleitet.

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