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Gedruckte Elektronik im Bereich Etiketten – Ein Überblick

Gedruckte Elektronik eignet sich für Anwendungsfelder, für welche die herkömmliche Elektronik nur bedingt oder gar nicht geeignet ist. Dazu gehört die Herstellung von RFIDs, sehr flachen Displays, OLEDs und Solarzellen aus Dünnschichtelementen. Jedoch müssen noch einige Hürden genommen werden, um die Massenproduktion in diesem Bereich realisieren zu können.

Nachfolgend werden die möglichen Druckdefekte beschrieben und erläutert, welche Möglichkeiten der Qualitätskontrolle für den Druck funktionaler Schichten bestehen. Erfahren Sie mehr im eDossier “Gedruckte Elektronik im Bereich Etiketten – Ein Überblick.”

Die gedruckte Elektronik erschließt Wege zu neuartigen Anwendungen und Ideen für nachhaltige und intelligente Produkte, die für die herkömmliche siliziumbasierte Elektronik nur bedingt oder gar nicht zugänglich sind. Dabei sind großflächige, flexible Displays und Leuchtpanelen, RFID-Etiketten, druckbare Batterien und Solarzellen oder auch komplexe Sicherheitsmerkmale nur einige Beispiele.

Wenn man die Stärken von gedruckter mit konventioneller Elektronik miteinander vergleicht, scheint die gedruckte Elektronik aufgrund der mechanischen Flexibilität und Großflächigkeit wie geschaffen dafür zu sein, eine physisch-visuelle Schnittstelle zwischen der Hand und dem Auge des Menschen sowie der virtuellen Welt der digitalen Telekommunikation zu bilden. Die Stärken der Siliziumtechnologie sind dagegen die räumliche Integration von komplexen Funktionen auf einem winzigen Chip und eine enorme Leistungsfähigkeit. Beide Technologien sind hinsichtlich ihrer Anwendungsmöglichkeiten eher Komplemente und eröffnen durch ihre Kombination neue Anwendungsfelder.

Um dieses Technologiefeld für die Druckbranche zu erschließen, müssen nicht nur geeignete Funktionsmaterialien und Druckverfahren zur Verfügung stehen, vielmehr kommt es auch auf eine effiziente Qualitätskontrolle an, um die Elektronikelemente als Massenproduktion wirtschaftlich realisieren zu können.

Typische Defekte in gedruckten Halbleiterschichten

Gedruckte Elektronik bedeutet strukturiertes Auftragen (Drucken) von organischen Halbleitermaterialien zu äußerst dünnen Schichten im Dickenbereich von wenigen 10 Nanometern. Organische Halbleiter können, ganz im Gegensatz zum herkömmlichen Silizium, in flüssiger Form auf ein Substrat aufgetragen und zu Feldeffekttransistoren, Leuchtdioden oder Solarzellen weiterverarbeitet. Verschaffen Sie sich einen tieferen Einblick, indem Sie das eDossier für EUR 4,90 in unserem Shop downloaden.

Auch für das Drucken von elektrischen Leiterbahnen, Isolationsschichten und Dielektrika für Kondensatoren stehen heute Materialien und Technologien zur Verfügung. Hiermit gelingt es, Transistorschaltkreise für digitale Speicherbausteine oder Temperatursensoren, RFID-Komponenten oder lichtemittierende Schichten und Strukturen in unterschiedlicher Art und Form drucktechnisch herzustellen.

Das Drucken solcher elektronischer Grundbausteine stellt besondere Anforderungen. Dazu gehört die Fähigkeit, gleichmäßig dicke und geschlossene Schichten im Bereich von 10 bis mehreren 100 Nanometern zu erzeugen, denn elektrischer Strom kann nur durch zusammenhängende Strukturen hindurch fließen. Umgekehrt wird beispielsweise eine Isolatorschicht, die man auf eine leitfähige Oberfläche druckt, nur dann die gewünschte Isolationswirkung aufweisen, wenn sie völlig dicht und geschlossen ist.

Gedruckte Dünnschichttransistoren, organische Leuchtdioden oder Solarzellen können nicht funktionieren, wenn zwischen den einzelnen gedruckten Schichten (das können bis zu 15 Stück sein) unkontrollierte Verbindungen und Kurzschlüsse bestehen. Die typischen Defektquellen in gedruckten Halbleiterschichten lassen sich indessen klar benennen. Die Wichtigsten sind in Tabelle 1 zusammengestellt.

Optische Messmethoden zur frühzeitigen Problemerkennung

Hier stellt sich nun die Frage, wie man solche extrem dünnen Schichten, die zudem in vielen Fällen noch aus völlig transparentem Material bestehen, im Druckprozess mit ausreichender Schnelligkeit und Sicherheit analysiert, um auch im Prozess eine durchgehende Qualitätskontrolle zu erreichen. Die optische Bewertung des Druckprodukts durch den Drucker oder konventionelle Kamera-Inspektionssysteme ist nicht möglich. Laden Sie sich das komplette eDossier “Gedruckte Elektronik im Bereich Etiketten – Ein Überblick” direkt im Shop runter.