Drucker für additiv gefertigte Leiterplatten und Elektronik

• Fachliche Zuordnung: Elektrotechnik und Informationstechnik
• Förderung: Förderung in 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 516724307

Gegenstand dieses Antrags ist die Beschaffung eines Systems („Druckers“) für additiv gefertigte Leiterplatten und additiv gefertigte Elektronik. Im heutigen Stand der Technik stellen konventionell gefertigte Leiterkarten oftmals den Flaschenhals bezüglich der erreichbaren Integrationsdichte und des erreichbaren Formfaktors von (Quanten-)Sensorsystemen dar, da sie zum einen keine echte 3D-Integration von integrierten Schaltkreisen und optoelektronischen Elementen ermöglichen und zum anderen insbesondere die verfügbare Mindestgröße der Durchkontaktierungen („Vias“) eine starke Limitierung für die erzielbare Integrationsdichte darstellt. Das 3D-Drucken von Leiterplatinen bietet hier immense Vorteile bzgl. der vorhandenen Freiheitsgrade, welche sowohl für die Erhöhung der Integrationsdichte als auch die Steigerung der Systemperformance – z.B. durch bessere Hochfrequenzeigenschaften der gedruckten Durchkontaktierungen oder auch durch die Realisierbarkeit völlig neuartiger Konzepte für Spulen und Spulenarrays – genutzt werden können. Das beantragte Gerät soll hauptsächlich für die Erforschung neuer Konzepte für die hybride Mikrointegration von Quantensensoren der ersten und zweiten Generation zum Einsatz kommen. Dabei sollen vor allem induktive Sensoren für die klassische Kernspin- (NMR) und Elektronenspinresonanz- (ESR) Spektroskopie sowie Sensoren basierend auf Festkörperdefekten in Halbleitermaterialien wie Diamant und Siliziumkarbid im Vordergrund stehen. Die additiv gefertigten Leiterplatten dienen dabei zum einen der effizienten und volumensparenden Verbindung der am Institut für Intelligente Sensorik der Universität Stuttgart erforschten integrierten Transceiverschaltungen für die oben genannten Anwendungen, zum anderen können die benötigten induktiven Strukturen für die Kontrolle der Spins direkt und mit arbiträrer dreidimensionaler Form in die gedruckten Leiterplatten integriert werden. Hierdurch ist eine potentielle Verbesserung der Empfindlichkeit bei zugleich verbessertem Formfaktor möglich. Insbesondere bei der Fertigung von Sensorsystemen für mittels dynamischer Kernspinpolarisation (DNP) in ihrer Empfindlichkeit verbesserte NMR-Experimente bieten 3D-gedruckte Spulenstrukturen, welche gemeinsam mit der Transceiverelektronik direkt in die gedruckte Leiterplatte eingebracht werden können, immense Vorteile gegenüber klassischen Fertigungsansätzen. Für Quantensensoren basierend auf Festkörperdefekten in Halbleitern, welche neben der magnetischen Steuerung der Qubits oftmals auch eine optische Anregung und ein optisches Auslesen erfordern, ermöglichen die 3D-gedruckten Leiterplatten einen optimalen Formfaktor bei gleichzeitig maximaler Performance für die hybride Integration von elektronischen und opto-elektronischen Komponenten.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Drucker für additiv gefertigte Leiterplatten und Elektronik
• Gerätegruppe: 2190 Werkzeugmaschinen, spanlos, und andere Bearbeitungsmaschinen (außer 210 und 217)
• Antragstellende Institution: Universität Stuttgart
• Leiter: Professor Dr. Jens Anders