Obwohl konventionelle und gedruckte Elektronik viele Gemeinsamkeiten haben und auf ähnlichen Prinzipien beruhen, stellen ihre Herstellungsverfahren jeweils eigene Herausforderungen an die eingesetzten Werkstoffe. Während Kupfer in klassisch hergestellter Elektronik seit vielen Jahrzehnten zahlreiche Vorteile ausspielt, haben die Ergebnisse in Druckverfahren bisher wenig überzeugt. Die minimale Kupfer-Partikelgröße in den Druckpasten führt zwangsläufig zu einer schnellen Oxidation und damit zu einer überaus geringen Leitfähigkeit. Silber kann diese Probleme zwar umgehen, kostet aber auch wesentlich mehr – und behindert die Weiterentwicklung der Branche.
Gedruckte Funktionsschichten nun lötbar
Das binder ITZ führt derzeit vielversprechende Versuche mit Kupferpasten für den Elektronikdruck durch. Chemische Zusatzkomponenten entziehen Sauerstoff, verhindern die Kupferoxidation während des Trocknungsprozesses und erhalten damit die Leitfähigkeit der Druckergebnisse. Schon die Prototypen der neuen Pastengeneration senken den Materialeinsatz um 30 Prozent, die Serie könnte auf bis zu 90 Prozent Einsparungen kommen.
Das eröffnet völlig neue Möglichkeiten: Kupferpasten können nun auch für den Tampondruck eingesetzt werden und brauchen keine aufwändigen Ätz- oder Sinterprozesse. Ein Silikontampon überträgt die Kupferstrukturen von der Druckform direkt auf das zu bedruckende Bauteil. Das funktionalisierte Bauteil muss anschließend nur noch thermisch getrocknet werden.
So entstehen deutlich belastbarere Funktionsschichten, auf denen sogar gelötet werden kann. Kabel, Litzen oder Steckverbinder (z. B. LIF oder ZIF) lassen sich problemlos an gedruckte Kontaktstellen anbringen, und selbst die Applikation gedruckter Kupferleitbahnen auf SMD-Komponenten stellt keine Herausforderung mehr dar.
Diese Ergebnisse dürften die Akzeptanz gedruckter Komponenten noch einmal wesentlich steigern. Vor allem der hybriden Verschmelzung von konventionellen und gedruckten Komponenten steht durch die neue Pastengeneration nichts mehr im Wege.
Das Beste aus zwei Welten
Im Mix aus konventionellen und gedruckten Bauteilen liegen enorme Einspar- und Innovationspotenziale. Gedruckte Elemente überzeugen durch ihr geringes Gewicht, eine hohe Flexibilität, die geringe Bauhöhe und praktisch unendliche Designfreiheit. Als Sensoren für Kraft- oder Temperaturmessungen eignen sie sich ideal für den Einsatz mit platinenbasierter Messtechnik.
Der Preisvorteil von Kupferpasten zahlt sich zudem zunehmend bei Single-Use-Produkten aus, die etwa im Gesundheitswesen oder in der Logistik unabdingbar sind. Gedruckte Sensoren, Kupferantennen und SMD-NFC-Chips machen Medikamentenverpackungen oder Wirksamkeits-Teststreifen zu smarten und kostengünstigen Informationsquellen, die Werte zur Lagertemperatur, zur Wirkstoffart oder zum Einnahmezeitpunkt bequem über das Handy ausgeben und speichern.
Die ersten Ergebnisse der innovativen Druckversuche des binder ITZ zur neuen Pastengeneration wurden bereits beim diesjährigen Innovationsforum der Technology Mountains in Donaueschingen präsentiert.