Silberne Leiterbahnen

Wenn Nutzer ihre Smartphones, Tablets und Co. bedienen, machen sie sich über die komplizierte Elektronik dahinter keine Gedanken. Hauptsache Wischen und Tippen klappen einwandfrei. Damit die Touchscreens funktionieren, sind sie auf ihrer Oberfläche mit mikroskopisch kleinen, elektrischen Leiterbahnen versehen, die auf den Druck der Finger Schaltkreise öffnen und schließen. In den Rändern der Geräte laufen diese mikroskopischen Bahnen zu größeren Leiterbahnen zusammen. Bisher musste man sie in mehreren Produktions­stufen erzeugen. Forscher des INM stellen jetzt ein neues Verfahren vor, das die Herstellung mikroskopischer und makroskopischer Leiter­bahnen in einem Schritt ermöglicht.

Für das neue Verfahren nutzen die Entwickler die Möglichkeit der Photo­­metallisierung: Farblose Silber-Verbindungen wandeln sich mithilfe einer photoaktiven Schicht beim Einwirken von UV-Licht in elektrisch leitendes Silber um. Über unterschiedliche Methoden lässt sich die Silber-Verbindung in Form von Bahnen oder anderen Strukturen auf Kunststoff-Folien oder Glas aufbringen. Dabei lassen sich verschieden große Bahnen bis zur kleinsten Größe von einem Tausendstel Millimeter darstellen. Durch Belichtung mit UV-Licht entstehen dann die ent­sprechenden Leiterbahnen.

Zuerst werden die Folien oder Glas mit einer photoaktiven Schicht aus Metalloxid-Nanopartikeln überzogen. „Anschließend bringen wir die farblose, UV-stabile Silber­verbindung auf“, erklärt Peter William de Oliveira, Leiter des Programm­bereichs Optische Materialien. Durch die Belichtung dieser Schichtfolge zersetzt sich die Silber-Verbindung an der photoaktiven Schicht und die Silber-Ionen werden zu metallischem, elektrisch leitendem Silber reduziert. Dieses Verfahren berge mehrere Vorteile: Es sei schnell, flexibel, größenvariabel, kostengünstig und umweltfreundlich. Weitere Prozess-Schritte für die Nachbehandlung entfielen.

Mit diesem Grundprinzip können die Forscher am INM sehr individuell Leiter­bahnen aufbringen. „Es gibt drei verschiedene Möglich­keiten, die wir je nach Anforderung nutzen können: Das „Schreiben von Leiterbahnen“ mittels UV-Laser eignet sich besonders gut für die erste, maßgeschneiderte Anfertigung und das Austesten eines neuen Leiterbahn-Designs. Für die Massen­produktion ist diese Methode jedoch zu zeitaufwändig“, erläutert de Oliveira.

Auch Photomasken, die nur an den gewünschten Positionen UV-durchlässig sind, können für die Strukturierung genutzt werden. „Für einen „semi­kontinuierlichen Prozess“ eignen sie sich besonders für das Aufbringen der Leiter­bahnen auf Glas“, sagt der Materialexperte.

Zurzeit arbeiten die Forscher intensiv an einer dritten Methode, der Nutzung durchsichtiger Stempel: „Diese Stempel verdrängen die Silber­­verbindung mechanisch; Leiter­­bahnen entstehen dann nur dort, wo noch Silber­verbindung vorhanden ist“, meint de Oliveira. Da die Stempel aus einem weichen Kunststoff bestehen, kann man sie auf einer Rolle anordnen. Weil sie durchsichtig sind, arbeiten die Forscher am INM nun daran, die UV-Quelle direkt in die Rolle einzubetten. „Somit wären die ersten Schritte für ein Rolle-zu-Rolle Verfahren getan“, fasst der Programm­bereichs­leiter zusammen. Damit ließen sich Leiter­bahn­strukturen unterschiedlicher Größe auf Folien im Großmaßstab herstellen. Vom 28. bis 30. Januar präsentieren die Forscher des INM dieses und weitere Ergebnisse im German Pavilion auf der nano tech 2015 in Tokio, Japan.

INM / DE