3D Drucker für additiv gefertigte Elektronik, Teilfinanzierung

• Fachliche Zuordnung: Elektrotechnik und Informationstechnik
• Förderung: Förderung in 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 539303076

Digitalisierung, Künstliche Intelligenz und Industrie 4.0 sind Schlüsselbereiche, in denen das Fertigungsverfahren „Additively Manufacturing Electronics“ (AME) eine bedeutende Rolle spielen. Die Integration von Elektronik in Bauteile erlaubt die Entwicklung intelligenter Sensoren und vernetzte Systeme bei gesteigerter Effizienz und Produktivität. AME ermöglicht die schnelle Prototypenerstellung und Produktentwicklung, wodurch Forschungseinrichtungen und Unternehmen ihre Innovationsprozesse optimieren können. Die maßgeschneiderten Lösungen und die Designfreiheit von AME unterstützen die Anpassung an die spezifischen Anforderungen dieser zukunftsweisenden Bereiche. Durch die Anschaffung eines 3D-AME-Druckers wird die Professur für Mikroelektronik der Universität Freiburg in die Lage versetzt, ihre selbstentwickelten und gefertigten anwendungsbezogenen integrierten Schaltungen (engl. „application specific integrated circuits“, ASIC) mittels hochmoderner Fertigungsverfahren zu komplexen Systemen auszuformen. Der beantragte 3D-AME-Drucker wird dafür das kointegrierte Drucken von Dielektrika und Metallen ermöglichen, wobei mittels Inkjet-Technologie UV-gehärtete dielektrische Materialien mit IR-gesinterten Silber-Nanopartikeln kombiniert werden, um hochauflösende elektrische Strukturen herzustellen. Ein derart kointegrierter Druck in beliebigen dreidimensionalen Geometrien erlaubt es, die gefertigten ASICs auf innovative Weise elektrisch zu kontaktieren und gleichzeitig vor äußeren Einflüssen zu schützen. Somit sind statt der typischerweise planaren Kombination elektrischer Bauteile bei gängiger Printed-Circuit-Boards-(PCB)-Montage auch gestapelte, orthogonale oder sogar sphärische Anordnungen von Einzelkomponenten möglich, wodurch deutlich kleinere Bauformen erreicht werden. Das Druckverfahren und die geringen Fertigungstemperatur erlauben das Pausieren des Drucks und damit das package-freie Einbetten von ASICs als sogenannte Bare Dies, wodurch die Bauform minimiert und gleichzeitig Signalqualitäten wegen des Verzichts auf Bonddrähte und kürzerer Leitungen verbessert werden. Auch kann die Leitungsführung selbst revolutioniert werden, indem innerhalb des 3D-gedruckten Gehäuses Leitungen vollumfänglich abgeschirmt, in größeren Gruppen verdrillt oder deren Impedanzen fein abgestimmt werden. Die Herstellung passiver elektrischer Komponenten und 3D-Antennen ist ebenfalls möglich, womit letztendlich eine Verschmelzung von PCB, passiven Komponenten und ASIC zu einer hochintegrierten mikroelektronischen Einheit erreicht wird. Letztendlich reduziert ein 3D-AME-Drucker den Bedarf an externer Fertigung und erweitert die Möglichkeiten der Technischen Fakultät zur Fertigung multiphysikalischer Mikrosysteme. Forciert werden Forschungen zu multiphysikalischer Senorik und hochintegrierter Brain-Machine-Interfaces. In der Lehre ermöglicht der Drucker das praktische Erfahren parasitärer ASIC-Effekte und deren Auswirkungen auf empfindliche Schaltungen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: 3D Drucker für additiv gefertigte Elektronik, Teilfinanzierung
• Gerätegruppe: 2190 Werkzeugmaschinen, spanlos, und andere Bearbeitungsmaschinen (außer 210 und 217)
• Antragstellende Institution: Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
• Leiter: Professor Dr.-Ing. Matthias Kuhl