Inkjet-Druck passiver elektronischer Dickschichtbauelemente

Publication date
2011
Document type
PhD thesis (dissertation)
Author
Waßmer, Marcel
Advisor
Krüger, Klaus
Referee
Roosen, Andreas
Granting institution
Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr Hamburg
Exam date
2011-03-04
Organisational unit
DDC Class
620 Ingenieurwissenschaften
Keyword
Partikeltinte
Dickschicht
Spule
Kondensator
Widerstand
Abstract
Die vorliegende Arbeit untersucht den Inkjet-Druck als Verfahren zur Integration passiver Bauelemente in elektronische Dickschichtschaltungen auf Keramiksubstraten. Verarbeitet werden hochfeststoffhaltige Partikeltinten. --- Im Vordergrund der Untersuchungen stehen die Besonderheiten bei der Realisierbarkeit der Bauelemente durch den Inkjet-Druck und der Nachweis ihrer prinzipiellen elektrischen Funktion, ohne dabei auf bestimmte Anwendungen der Bauelemente zu zielen. --- Nach einer kurzen Einführung in den aktuellen Stand der zugrunde liegenden Tintenstrahltechnik und die Eigenschaften passiver Dickschichtelemente, werden die für die Untersuchungen eigens modifizierten Drucksysteme und die verwendeten Materialien vorgestellt. Anschließend erfolgt eine Analyse der Besonderheiten, die sich aus dem Inkjet-Druck hochfeststoffhaltiger Tinten ergeben. Im Vordergrund stehen die Einflüsse, die das Verhalten der Partikeltinte auf dem Substrat entscheidend prägen. Sie werden umfassend dargestellt und ihre Wirkung auf das Druckbild untersucht. Die allgemeine und grundlegende Beschreibung der Strukturausbildung und -trocknung erfolgt anhand einfacher, dimensionsloser Modelle. Ihre Gültigkeit wird durch Druckversuche überprüft. Aus den theretischen Überlegungen und den experimentellen Ergebnissen werden Möglichkeiten zur Verbesserung der Strukturausbildung und der Trocknung abgeleitet. --- Im Anschluss wird der Druck der grundlegenden passiven Bauelemente im Einzelnen untersucht. Tiefe und Aufwand der Untersuchungen orientieren sich an der Häufigkeit mit der diese Elemente vorkommen und den Besonderheiten die durch den Inkjet-Druck entstehen. Induktive Bauelemente bestehen im Wesentlichen aus Leiterbahnen und bilden den Ausgangspunkt der Untersuchungen. Durch das Einbringen in Ferrritmaterial werden erste dreidimensionale Strukturen im Inkjet-Druck erzeugt. Neben der Fähigkeit möglichst schmale Strukturen zu erzeugen, sind auch große Flächen notwendig. Hinzu kommt die Fähigkeit, diese Schichten in einer gewünschten Höhe auszuführen. Es wird gezeigt, wie sich dadurch auch eine neue Möglichkeit eröffnet, den Druck von Dickschichtkondensatoren zu gestalten und deren Eigenschaften zu beeinflussen. Schwerpunkt bildet der Druck von Dickschichtwiderständen. Detailliert wird an einzelnen Tinten untersucht, wie sich die Bedingungen beim Druck auf den Widerstandwert auswirken. Untersucht werden Tinten, die ein breites Spektrum an Widerstandswerten abdecken. Ein besonderers Augenmerk fällt auf die Menge der aufgebrachten Tinten. Dabei erfolgt eine Analyse der Wirkung von Druckfehlern auf die Struktur und Widerstände. Ein wichtiger Aspekt ist der Mischdruck verschiedener Widerstandstinten, der ein Alleinstellungsmerkmal des Inkjet-Drucks darstellt. Daraus ergeben sich neue Auslegungskonzepte für die Herstellung von Dickschichtwiderständen, die aufgezeigt und untersucht werden. Abschließend wird die Möglichkeit einer Prozessüberwachung des Drucks dargestellt und analysiert.
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