Thema
Innovative und spezialisierte Applikationen erfordern maßgeschneiderte Sonderpasten und -tinten, die z. T. nicht auf dem Markt verfügbar sind. Die Gruppe Dickschichttechnik mit Schwerpunkt Functional Printing ist hierfür erfahrener und kompetenter Entwicklungspartner. Der Entwicklungsprozess funktioneller Pasten und Tinten beinhaltet im Allgemeinen innerhalb eines intensiven Abstimmungsprozesses mit dem Kunden die folgenden Schritte:
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| Projektvorbereitung und Anforderungsdefintion | Rohstoffdefinitionen und Formulierungen | Herstellung und Charakterisierung der Pasten und Tinten | Schichtherstellung und -charakterisierung | Projektabschluss
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• Funktionelle Eigenschaften • Substratmaterialien • Verarbeitungs-bedingungen (Drucktechnologie, thermische Prozessierung) • Angebot für Entwicklungsauftrag |
• Pasten- und Tintenformulierung • Funktionseigen-schaften: Funktionelle Materialien, Gläser, Additive • Verarbeitbarkeit (Lagerbarkeit, Druckbarkeit, thermische Prozesse): Binder, Lösungsmittel, Tenside |
• Mahlen (PGV) (mehrstufig) • Dispergieren (mehrstufig) • Rheologische Eigenschaften |
• Druckparameter • Thermische Prozessierung • Schichtcharak-terisierung nach DIN 41850 (elektrisch, Haftung, Alterung) • Schichtmorphologie • Mikrogefüge |
• Fachbericht • Kostenszenarien • Bezug von Sonderpasten und -tinten am Fraunhofer IKTS bzw. Technologietransfer |
Nach der Entwicklungsphase stehen die Sonderpasten und -tinten für Applikationstests beim Kunden zur Verfügung und können nach Projektabschluss beim Fraunhofer IKTS bezogen werden. Die Herstellung erfolgt nach DIN / ISO 9001 / 14001. Alternativ kann ein Technologietransfer erfolgen.
In intensiven Diskussionen mit dem Kunden werden die Zielkriterien der zu entwickelnden Pasten oder Tinten herausgearbeitet. Hauptaugenmerk liegt auf den benötigten funktionellen Anforderungen für den geplanten Einsatzzweck. Weitere Zielkriterien betreffen z. B. die einzusetzenden Komponententechnologien, wie Druck- und Einbrenntechnologien, und nicht zuletzt die zulässigen Kosten für die zu entwickelnden Sondermaterialien.
Die Phase der Projektvorbereitung und Definition der Zielkriterien endet mit einem Angebot für einen Entwicklungsauftrag. Nach Auftragserteilung werden die Anforderungsdefinitionen nochmals detailliert und in einem Lastenheft niedergelegt.
In Abhängigkeit der Anwendung können Sonderpasten und -tinten für verschiedenste Substratmaterialien (z. B. Al2O3, AlN, Si3N4, ZrO2, Stahl, Glas, LTCC, HTCC oder Polymerfolien) entwickelt werden.
Durch das gezielte Verdichten und Wechselwirken der verschiedenen anorganischen Pasten- und Tintenbestandteile beim Einbrand werden die funktionalen Schichteigenschaften definiert. Weiterhin werden organische Vehikel ausgewählt, welche die Druckeigenschaften und z. T. die Ausbrandeigenschaften beeinflussen.
Typische Materialien für verschiedene Anwendungen finden Sie in der folgenden, nicht abschließenden Auflistung:
(siehe Downloads) zur Haftvermittlung und Stabilitätsverbesserung, etwa:
Nicht nur die Eigenschaften der eingesetzten Rohstoffe, sondern auch die Art und Weise, wie die Substanzen miteinander vermischt, d. h. dispergiert werden, beeinflusst die weitere Verarbeitbarkeit der Pasten und Tinten (Drucken, thermische Prozesse) sowie die funktionelle Performance der fertig prozessierten Schichten. Die Gruppe Dickschichttechnik mit Schwerpunkt Functional Printing verfügt über umfangreiche Erfahrungen und Ausrüstungen zur Herstellung funktioneller Pasten und -tinten. Dazu zählen z. B.:
Für die Herstellung der benötigten funktionellen Schichten steht ein umfangreicher Gerätepark zur Verfügung (verschiedene Druck- und Einbrandtechnologien), der entsprechend der Kundenanforderungen genutzt wird. Verfügbare Drucktechnologien sind beispielsweise Siebdruck (planar, tubular, Hot-Melt) oder Aerosol-Jet-, Ink-Jet-, Gravur-, Dispens- und Dispens-Jet-Druck (siehe Downloads).
Innerhalb der anschließenden Schichtcharakterisierung nach DIN 41850 werden alle relevanten Funktionseigenschaften ermittelt und mit den im Lastenheft definierten Zielkriterien abgeglichen. Dabei werden nach dem Einbrand zahlreiche geometrische, mechanische und elektrische Größen routinemäßig bestimmt, um die angestrebten maßgeschneiderten Eigenschaften der Schichten zu verifizieren und zu optimieren.
Dazu verfügt die Gruppe Dickschichttechnik mit Schwerpunkt Functional Printing über ein umfangreiches Angebot an Messplätzen und Ausrüstungen. Neben den Standardtests (Schichtdicke, Rauheit, Widerstand in Abhängigkeit der Temperatur, Löteignung, etc.) können auch Prozesseinflüsse (z. B. Einbrandvariationen, Siebdrucktoleranzen) gezielt untersucht und verändert werden, um den Effekt auf die resultierenden Schichteigenschaften abbilden zu können.
Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS