Gedruckte Elektronik

Der Druck elektronischer Schaltkreise mit herkömmlichen Buchdruckverfahren, wie Siebdruck oder Inkjet-Druck, ist vor allem dort interessant, wo es auf möglichst niedrige Herstellungskosten ankommt, die Auflösung und Präzision dagegen niedrig sein dürfen – also höchstens miroskopisch, aber nicht nanoskopisch, wie in der Hochleistungselektronik, etwa in Computer- und Smartphone-Chips. Das sind zum Beispiel die RFID-Tags, die Elektronik für das Internet-of-things, smarte Textilien – sog. wearable electonics, und billige Massenproduktion von Touchscreens, LEDs und Solarzellen. Auch ein Einsatz in der Hobby-Elektronik und beim Rapid Prototyping ist vielversprechend.

Direkt gedruckte Schaltungen sind bereits ein etablierter Markt mit ca. 40 Milliarden $ Volumen. Dabei machen leitfähige Tinten 83% des gesamten Umsatzes aus. Es kommen hauptsächlich Siebdruck-Verfahren zum Einsatz, da sie geringere Anforderungen an die Viskosität und Stabilität haben als Inkjet-Tinten. Es sind momentan ausschließlich Silber-Nanopartikel im Einsatz. Ihr Massenanteil in der Tinte kann zwischen 25 und 75% liegen. Der Preis für ein Liter leitfähiger Siebdruck-Tinte liegt zwischen 500 und 1500 $ pro Liter. Für eine marktfähige leitfähige Inkjet-Tinte kann ein 2 bis 3 Mal höherer Preis veranschlagt werden. Quelle: Shlomo Magdassi The Chemistry of Inkjet Inks; ISBN-13 978-981-281-821-8.

Andererseits ist es auch möglich, wenngleich auch schwieriger, metallische Nanoteilchen bzw. Mikroteilchen mit hohem Aspektverhältnis zu synthetisieren . Solche Teilchen haben die Form von nanoskopisch dünnen flachen Plättchen oder Drähten:

Eine solche Form ist für die Nutzung als leitfähige Dispersion viel besser geeignet – man würde mit kleineren Metallgehalten die gleichen Leitfähigkeiten erreichen. Das liegt daran, dass ein Großteil des Metalls bei voluminösen Teilchen nicht zur Leitung beiträgt. Es sind vielmehr die Kontaktflächen, die wichtig sind. Und dieser inerte Anteil wäre bei flachen Teilchen gerade eingespart, da sie praktisch nur aus Oberfläche bestehen. Dadurch wäre es möglich mit einem Feststoff-Gehalt von 10% die gleiche Leitfähigkeit zu erzielen, die normalerweise mit 60% erreicht wird. In der Fachsprache der Physik – die in einer oder zwei Raumrichtungen ausgedehnten Partikel haben kleinere Perkolationsschwellen. Dadurch ist natürlich eine große Ersparnis bei den Herstellungskosten zu erwarten.

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