Sensorsysteme: 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. 06.05.2008

Gedruckte Leiterbahnen verbinden
einen Strömungssensor (unten)
mit den Kontakten einer
Leiterplatte (oben).
©Fraunhofer IFAM

Moderne Autos zum Beispiel 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 arbeiten an einem neuen Verfahren: "Bisher hat man für die Kontaktierung hauptsächlich Drahtbonds verwendet - also dünne Drähte", erklärt Christian Werner, Projektleiter. "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: Statt eine Leiterbahn zu verdrahten, drucken die Forscher die Leiterbahnen. Dabei handelt es sich im Wesentlichen um ein berührungsloses Aerosoldruckverfahren. Speziell 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.

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 exakter.

COMPAMED.de; Quelle: Fraunhofer Gesellschaft