Jet-Dispensing für die Applikation elektrischer Funktionen auf komplexen Bauteilen

• präziser Druck von Funktionsflüssigkeiten (Tinten, Pasten) auf 2D- und 3D-Substraten, Dicke ab 30 µm und Breite ab 40 µm
• Sinterung von gedruckten Bauteilen: global im Ofen, lokal mittels IR-Spot oder Induktion
• vielfältige Verarbeitung spezieller Funktionsmaterialien
• Inline-Qualitätskontrolle und Prüfung der Qualität und Reproduzierbarkeit
• Analyse der Prozesseinflüsse zur Optimierung der Struktur und Funktionalität
• Funktionsnachweis und Dauertests gemäß DIN und anderen Normen
• Fertigung von Musterbauteilen und Kleinserien auf verschiedenen Substraten

Qualität und Reproduzierbarkeit

Trotz der zahlreichen Vorteile des Jet-Dispensing-Verfahrens zeigt die Technologie bisher noch Herausforderungen in der Reproduzierbarkeit und Stabilität der Druckqualität. Ungenauigkeiten im Druck- und Nachbehandlungsprozess führen zu Schwankungen der Leitfähigkeit, die selbst bei optimierten Systemen um ±10 % variieren können. Dies wirkt sich nachteilig auf die Funktionalität und die Kosten der Endprodukte aus. Hinzu kommen prozessbedingte Abweichungen in der Geometrie und den Linienquerschnitten, was die Funktionalität zusätzlich beeinträchtigt.

Eine unzureichende Reproduzierbarkeit der gedruckten Strukturen behindert derzeit den industriellen Serieneinsatz. Mithilfe einer genauen Inline-Qualitätskontrolle und einer dynamischen Prozessregelung kann jedoch die Zuverlässigkeit des Verfahrens erheblich gesteigert werden.

Ziele:

• Optimierung der Prozessstabilität: Entwicklung und Implementierung von Prozessregelungen, die Schwankungen im Druck- und Nachbehandlungsprozess minimieren.
• Inline-Qualitätskontrolle: Einführung berührungsloser Überwachungsverfahren, wie z. B. das Hochfrequenz-Wirbelstromverfahren, zur Echtzeit-Überprüfung von Leitfähigkeit und Geometrie der gedruckten Strukturen.

Herstellung und Auswertung der Funktionalen Elemente

Mithilfe von Jet-Dispensing können Bauteile wie kapazitive oder piezoelektrische Sensoren, Heiz- und Beleuchtungselemente sowie Signal- und Kontaktleitungen direkt auf verschiedene Substrate gedruckt werden – sei es Glas, Keramik, Metall oder flexible Kunststoffe.

Dabei kommen spezielle Funktionsmaterialien wie leitfähige Tinten zum Einsatz, die Silber, Kupfer oder Polymere enthalten, ebenso wie piezoelektrische und resistive Materialien. Die präzise Verarbeitung dieser Materialien stellt hohe Anforderungen an die Druckqualität, die aktuell eine der größten Herausforderungen darstellt. Schwankungen im Produktionsprozess beeinflussen die Druckgenauigkeit und Leitfähigkeit der gedruckten Elemente, was zu Funktionseinschränkungen führen kann. Diese Variabilität erhöht zudem die Produktionskosten, da inkonsistente Ergebnisse Nacharbeiten oder Ausschuss verursachen.

Um die Jet-Dispensing-Technologie zur Herstellung funktionaler Elektronikkomponenten wie Sensoren und anderen Elementen weiter voranzutreiben, konzentrieren sich unsere Ziele auf die folgenden Technologieentwicklungsaspekte:

• Druck marktverfügbarer Materialien: Optimierung des Druckprozesses für auf dem Markt erhältliche Funktionspasten, um eine hohe Kompatibilität und Effizienz bei der Herstellung verschiedener Bauteile zu gewährleisten.
• Qualitäts- und Reproduzierbarkeitsprüfung: Untersuchung der gedruckten Elemente hinsichtlich ihrer Präzision und Wiederholbarkeit, um eine konstante und zuverlässige Produktqualität sicherzustellen.
• Prozesseinfluss auf Strukturqualität: Analyse der Auswirkungen der verschiedenen Prozessparameter (Druckgeschwindigkeit, Trocknung, etc.) auf die Struktur und Funktionalität der gedruckten Komponenten, um Optimierungen in der Prozessführung zu erzielen.
• Funktionsnachweis und Dauertests: Durchführung von Funktionsprüfungen und Langzeittests der gedruckten Elemente, um ihre Zuverlässigkeit, Lebensdauer und Stabilität unter realen Bedingungen zu validieren.