News and Reviews (März 2019)

3D-gedruckte Stempel drucken hochpräzise Elektronikbauteile


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3D-gedruckter poröser Stempel. Bild: Gallegos, Kaehr et al., Sandia National Labs, University of New Mexico

Elektronische Bauteile können auch über Rolle-zu-Rolle-Prozesse hergestellt werden, wobei ein spezieller Stempel das Druckmaterial auf das Substrat überträgt. Doch häufig beeinträchtigen Defekte, wie z.B. ungewollte Auslassungen, Löcher oder Überbrückungen, die Qualität für Elektronikanwendungen. An der Lösung dieses Problems arbeiten Forscher der Sandia National Laboratories und der University of New Mexico (US) mit einem neuen Ansatz: 3D-gedruckte mechanische Metamaterialien dosieren die Tinte auf dem Substrat. Es handelt sich dabei um poröse Stempel. Bei der mechanischen Verformung sorgen Kapillarkräfte für eine präzise Materialdosierung. Einer der wesentlichen Nachteile bei Rolle-zu-Rolle-Prozessen ist überschüssige Tinte, die beim Abheben des Stempels auf dem Substrat verbleibt und die oben genannten Probleme verursacht. Daher ist das Ziel der Forscher, die Dosierung der Tinte besser zu kontrollieren.

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Abhebe-Mechanismus bei massiven (oben) und bei porösen Stempeln (unten). Bild: Gallegos, Kaehr et al., Sandia National Labs, University of New Mexico

Sie stellten dafür mit einem 3D-Drucker von Nanoscribe Stempel mit mikrometergroßen Poren her. Im Prägeprozess fungieren die Poren als Tinten-Reservoir und die mechanische Verformung als "Dosierpumpe". Bei der Verwendung eines porösen Stempels zieht die Saugkraft die Farbe beim Abheben zurück in den Stempel. So kann das Überlaufen der Tinte vermieden werden. Außerdem druckten die Forscher Faser-Stempel, um diese mit massiven Stempeln zu vergleichen. Es zeigte sich, dass Faser-Stempel im Vergleich mit massiven Stempeln präziser und gleichmäßiger drucken – nahezu unabhängig von der Dichte der Fasern.

Diese Arbeit auf dem Gebiet der Strömungsmechanik eröffnet viele Anwendungen, beispielsweise für kostengünstige, universell einsetzbare Sensoren. Bei der MRS Fall 2018 gewann das Team sogar den Best Poster Award für seine Arbeit.