InkJet-Druck piezoresistiver Widerständen auf flexiblen Substraten

Abstract:
In dieser Arbeit wird die Druckbarkeit von piezoresistiven Widerständen auf flexiblen Substraten untersucht. Als Drucktechnik wurde der InkJet-Druck mit einem Standard-Piezo-Industriedruckkopf (Spectra S-Class) für das Drucken der piezoresistiven Widerstände verwendet. Die Ergebnisse, welche mit Nano-Silbertinten erzielt wurden, sollen hier diskutiert werden. Um zu sehen welchen Einfluss das Trägersubstrat auf die bedruckten Widerstände hat, wurden diese sowohl auf Polyimidfolie als auch auf PDMS gedruckt und untersucht. Dehnungsmessstreifen (DMS) mit meanderförmigen Windungen in unterschiedlichen Geometrien wurden gedruckt und mikroskopisch auf ihre Qualität hin untersucht. Dabei wurde eine möglichst hohe Packungsdichte angestrebt um die Gesamtabmessung des Widerstands klein zu halten. Der Einfluss der Druckparameter auf den Druckprozess wurde ebenfalls untersucht und soll hier diskutiert werden. Nach Optimierung des Druckvorgangs wurden die piezoresistiven Widerstände auf ihren elektrischen Widerstand hin vermessen. Dabei wurden Windungszahl, Leiterbahnbreite, -länge und -dicke variiert. Die Ergebnisse werden in einem Diagramm gegenübergestellt, in dem der spezifische Widerstand jedes einzelnen DMS aufgetragen wurde. Zur Charakterisierung des Dehnungsverhaltens der DMS wurden Biegeversuche über definierte Radien durchgeführt und daraus der K-Faktor ermittelt. Die resultierende Dehnung wurde dabei rechnerisch Anhand des bekannten Biegeradius und der Substratdicke ermittelt. Piezoresistive Widerstände werden üblicherweise zu einer Wheatstone’schen Brückenschaltung verschaltet um Dehnungen temperaturkompensiert direkt anhand einer Messspannung ermitteln zu können. Dieser Anwendung entsprechend wurden zusätzlich komplette Brückenschaltungen gedruckt und vermessen. Die Ergebnisse werden anhand der aufgezeichneten Spannungs-Dehnungskennlinie diskutiert.