Inkjet-Druck und Niedertemperatur-Sintern von Ag-Nanopartikeltinten auf Polymersubstraten

Abstract:
In diesem Beitrag werden der Inkjet-Druck eines Elektrodenlayouts auf Basis von Ag-Nanopartikeltinte auf Polymersubstraten sowie verschiedene Niedertemperatur-Sinterverfahren vorgestellt. Das vorgestellte Elektrodenlayout ist für Anwendungen in mikrofluidischen Bauteilen ausgelegt die chipbasierte Elektrophorese einsetzen und weist eine minimale Strukturgröße von 70 µm auf. Als Sinterverfahren kommen zum einen Argon-Plasmasintern, zum anderen Lasersintern mit einem CW-Diodenlaser zum Einsatz. Ar-Plasmasintern ermöglicht ein selektives Sintern der gedruckten Strukturen, ohne temperaturempfindliche Substrate über deren Glasübergangstemperatur zu erhitzen. Beim Lasersintern werden die gedruckten Strukturen durch lokalen Energieeintrag gesintert. Die erwähnten Verfahren werden bezüglich ihrer Leitfähigkeit und Haftfestigkeit mit thermisch gesinterten Proben verglichen. Beim Ar-Plasmasintern werden spezifische Widerstände vom etwa 40-fachen des Wertes für Bulk-Ag bereits nach 15 min erreicht, ohne das Substrat zu schädigen. Die Haftfestigkeit der so gesinterten Strukturen wurde mittels Schertests ermittelt und liegt bei über 3 MPa. Lasergesinterte Bahnen weisen spezifische Widerstände vom etwa Fünf- bis Achtfachen des Bulkwerts auf, das Substrat wird jedoch durch den lokalen Energieeintrag geschädigt. Als Vergleichswert werden beim thermischen Sintern bei 130 °C nach 60 min Leitfähigkeiten vom etwa 30-fachen des Bulkwerts erzielt.