Elektronische Mikro- und Leiterbahnen für Touch Screens im Einschritt-Verfahren

Elektronische Leiterbahnen bestimmen die Funktionsfähigkeit vieler Geräte und Instrumente, wie zum Beispiel in TFT-Bildschirmen von Displays und Touch-Screens oder bei Transpondern von RFID-Systemen. Hierin wechseln Strukturen mit großen Leiterbahnen mehrerer Millimeter mit kleinsten Strukturen von 1µm. Bisher wurden diese Leiterbahnen in unterschiedlichen Produktionsstufen hergestellt. Forscher am INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien haben nun ein neues Verfahren entwickelt, mit dem sie makroskopische und mikroskopische Leiterbahnen in einem einzigen Produktionsschritt erzeugen können.

Vom 7. bis 11. April 2014 präsentieren die Forscher des INM dieses und weitere Ergebnisse in Halle 2 am Stand C48 auf der Hannover Messe im Rahmen der Leitmesse Forschung, Entwicklung und Technologietransfer. Dazu gehören neue Entwicklungen zu CIGS-Dünnschichtsolarzellen, Beschichtungen für Korrosionsschutz und Reibungsminderung, antimikrobielle Beschichtungen sowie TCO-Tinten.

Für die Produktion solcher Leiterbahnen für Touch Screens versehen die Entwickler ein Substrat mit einer photoaktiven Schicht, die aus Metalloxid-Nanopartikeln besteht. „Anschließend bringen wir einen farblosen, UV-stabilen Silberkomplex auf“, erklärt Peter William de Oliveira, Leiter des Programmbereichs Optische Materialien. Durch die Belichtung dieser Schichtfolge würden der Silber-Komplex an der photoaktiven Schicht zersetzt und die Silber-Ionen zu Silber reduziert. Dieses Verfahren berge mehrere Vorteile: Es sei schnell, flexibel, kostengünstig und umweltfreundlich.

In nur einem Belichtungsschritt und anschließendem Spülen mit Wasser sei die Herstellung in nur wenigen Minuten abgeschlossen. Weitere Prozess-Schritte für die Nachbehandlung entfielen. Selbst eine Temperaturbehandlung sei nicht unbedingt notwendig. Mit diesem Verfahren erhalten die Forscher am INM Schichtdicken bis zu 100 Nanometern und eine spezifische Leitfähigkeit, die rund einem Viertel der spezifischen Leitfähigkeit von reinem Silber entspricht. Eine Wärmebehandlung bei 120 °C steigert die Leitfähigkeit auf die Hälfte von Silber.

Mit diesem Grundprinzip können die Forscher am INM sehr individuell Leiterbahnen unterschiedlicher Größe auf Substrate wie Glas oder Kunststoff aufbringen. „Es gibt drei verschiedene Möglichkeiten, die wir je nach Anforderung nutzen können: Das „Schreiben“ mittels UV-Laser eignet sich besonders gut für die erste, maßgeschneiderte Anfertigung und das Austesten eines neuen Leiterbahn-Designs. Für die Massenproduktion ist diese Methode jedoch zu zeitaufwändig“, erläutert der Physiker de Oliveira.

Auch Photomasken, die nur an den gewünschten Positionen UV-durchlässig sind, können für die Strukturierung genutzt werden. Für einen „semikontinuierlichen Prozess“ eignen sie sich besonders für feste Substrate, wie zum Beispiel Glas“, sagt der Materialexperte. Für ein mögliches Rolle-zu-Rolle-Verfahren eigneten sie sich jedoch nicht, da sie meist aus Quarzglas bestünden und nicht flexibel seien.

Zurzeit arbeiten die Forscher intensiv an einer dritten Methode, der Nutzung sogenannter transparenter Stempel: „Diese Stempel verdrängen mechanisch den Silberkomplex und wo kein Silber, da auch keine Leiterbahn“, meint de Oliveira, „Damit können wir Strukturen von wenigen Mikrometern formen. Da die Stempel aus einem weichen Polymer bestehen, haben wir hier die Möglichkeit, sie auf einer Rolle anzuordnen. Weil sie transparent sind, arbeiten wir daran, die UV-Quelle direkt in die Rolle einzubetten. Somit wären die ersten Schritte für ein Rolle-zu-Rolle-Verfahren getan“, fasst der Programmbereichsleiter zusammen. Damit ließen sich Leiterbahnstrukturen unterschiedlicher Größe auf Substraten wie Polyethylen- oder Poylcarbonatfolien im Großmaßstab herstellen.

Quelle: Presse- und Öffentlichkeitsarbeit