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Enhancing Printed Electronics Applications by SMEs

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Weniger teure elektrische Verbindungen werden Realität

Leitfähige Tinten sind ein kritischer Bestandteil von gedruckter Elektronik, elektrischen Bauelementen, die mit kostengünstigem Siebdruck hergestellt werden, sowie Flexografie- und Tintenstrahlverfahren auf verschiedenen Substraten. Neue Technologien senken deren Kosten um nahezu 50 %, was zur Erschließung neuer Märkte beträgt.

Digitale Wirtschaft

Auf dem Gebiet der gedruckten Elektronik tätige kleine und mittlere Unternehmen (KMU) fertigen ihre Tinten traditionell aus Silbernanopartikeln. Die Kosten für den Rohstoff und dessen Verarbeitung liegen hier recht hoch und betragen fast die Hälfte der gesamten Produktkosten. Forscher des von der EU finanzierten Projekts "Enhancing printed electronics applications by SMEs" (CLIP) konzentrierten sich deshalb auf die Senkung der Kosten, die mit Bauelementen verbunden sind, bei denen leitfähige Tinten zum Einsatz kommen. Die Wissenschaftler entwickelten kostengünstige leitfähige Tinten zum Sieb- und Flexografiedrucken aus Mischungen preiswerter Kupferblättchen mit einer kleinen Menge von Kupfernanopartikeln. Photonisches Sintern oder Aushärten kam zum Einsatz, um die Verarbeitungsgeschwindigkeit zu beschleunigen und die Entwicklung von Produkten für Märkte zu begünstigen, die ansonsten eher nicht zugänglich sind. Photonisches Sintern ist ein Hochtemperaturverfahren, bei dem gepulstes Licht anstatt der konstanten Wärme eines Ofens genutzt wird. Es gestattet wesentlich höhere Temperaturen als ein Substrat normalerweise aushält, so dass mehr Substrate, etwa flexible und kostengünstige Kunststoffe oder Papiere, möglich sind. Photonisches Sintern der kostengünstigen Kupfertinten resultierte im Vergleich zu thermisch gesinterten Dickschicht-Silbertinten in einer vergleichbaren Leistung (Oberflächenwiderstände) bei elektrolumineszierenden (Flachbildschirmen) Displays und intelligenten Verpackungen. Die Forscher schätzten ein, dass damit die Endnutzerkosten der Tinte um mindestens 50 % gesenkt werden sollten. Ferner eröffnen die Technologien den Weg zu bis dahin unzugänglichen Märkten, auch Bauelementen mit Ultrahochfrequenz-Funkfrequenzkennzeichnung (Radio Frequency Identification, RFID), welche die Lesbarkeit auf langen Distanzen ermöglichen. Das Team entwickelte außerdem Tinten zum Tintenstrahl- und Aerosolstrahldrucken, die aus Silbernanopartikeln verschiedener Größen (multimodale Größenverteilung) hergestellt sind, die 2 Partikelgrößen enthalten, die wesentlich kleiner als die Referenz von 40 nm sind. Die kleineren Teilchen sintern bei geringerer Temperatur, wodurch im Vergleich zu einer unimodalen Verteilung eine dichtere Struktur mit höherer Leitfähigkeit bei gleicher Sintertemperatur erzielt wird. Letztlich bedeutet das, dass die Materialdicke und die damit verbundenen Kosten bei gleicher Leitfähigkeit reduziert werden können. Die multimodale Tinten konnten in neuen Anwendungen, zum Beispiel kostengünstigen chiplosen RFID-Tags und Smart-Packaging-Sensoren, demonstriert werden. Wie es die Forscher versprachen, lieferte CLIP zwei kostengünstige Alternativen zu den konventionellen leitfähigen Silbernanopartikeltinten für gedruckte Elektronik. Die auf Kupfer basierenden Formulierungen und die multimodale Silberformel könnten die Tintenkosten um 40 bis 50 % senken und gleichzeitig den sie herstellenden KMU die Tür zu neuen Märkten öffnen.

Schlüsselbegriffe

leitfähige Tinten, gedruckte Elektronik, Kupfer, photonisches Sintern, multimodale Tinten

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Wissenschaftliche Fortschritte
Digitale Wirtschaft

3 Dezember 2019