Den Auftakt der Fachgruppen-Serie machte die Fachgruppe Oberflächen mit dem 27. Fachgruppentreffen. Gastgeber in Freiburg am 19. Juli 2022 war das Fraunhofer IPM, dessen neue Räumlichkeiten die Teilnehmenden bei einer Führung näher kennenlernten.

Prof. Karsten Buse, Institutsleiter des Fraunhofer IPM begrüßte als Gastgeber die Teilnehmenden und informierte über die Mission und Referenzprojekte des Instituts. So basieren beispielsweise weiße LED, MP3 und die EUV-Lichtquelle (Trumpf und Zeiss) auf den Entwicklungen aus Freiburg. Fokus am Fraunhofer IPM ist die Messtechnik, die schnell, genau und robust zur Effizienzsteigerung und mehr Nachhaltigkeit führt. Beispiele sind der Lichtraum-Messzug der DB Netze AG mit dem Laserscanner des IPM, aber auch eine Ölauflagenmessung mit acht F-Scannern. Für die Arbeiten am Institut wurden mehrere Preise und Auszeichnungen gewonnen.

Dr. Alexander Blättermann vom Fraunhofer IPM hat die Gruppenleitung von Dr. Albrecht Brandenburg übernommen. Er ging in seinem Vortrag auf die Beschichtungsprüfung und Reinheitsprüfung ein. Darüber hinaus stellte er ein weiteres Verfahren zu Ölauflagenmessung mit Laser bei der Blechumformung vor. Mit der Fluoreszenzmesstechnik werden u.a. medizinische Stents, aber auch Folien und Glasbeschichtungen überprüft.

Dr. Hendrik Schröder von der SICK AG zeigte in einem online zugeschalteten Beitrag mehrere Themenfelder auf, die derzeit in Bearbeitung sind, wie z.B. die Oberflächenbearbeitung von Alu oder die Haftung von Lacken. Austausch ist gewünscht zu Beschichtungsverfahren / Nanofolien / Mikrostrukturierung für den optischen Formenbau / Lasermethoden, Lithographie / Prozesskontrolle Analytik Messmethoden und Werkstoffkunde.

Dr. Oswald Prucker vom IMTEK ging auf Aktuator-Arrays als Unterlage zur Anregung von Zellen, z.B. über Polydimethylsiloxane / PDMS ein. Dabei wird das so genannte CHic-Verfahren (C, H, insertion, crosslinking) genutzt, wobei die Aktuation magnetisch in wässriger Lösung erfolgt. Ein weiteres Herstellverfahren ist die 2-Photonen Absorption.

Am Folgetag, 20. Juli 2022, traf sich die Fachgruppe Drucktechnologien zu ihrem 28. Fachgruppentreffen beim Fraunhofer ISE. Dies wussten all diejenigen Fachgruppenmitglieder zu schätzen, die in beiden Fachgruppen engagiert sind. Gleichzeitig lag der Fokus der Fachgruppensitzung Drucktechnologien auf der Funktionalisierung von Oberflächen und wurden dabei durch Beiträge der Fachgruppensprecher Oberflächen, Prof. Volker Bucher sowie Dr. Günther Schmauz, mit ihrer Fachexpertise unterstützt.

Dr. Roman Keding vom Fraunhofer ISE startete mit einer Übersicht über das Fraunhofer ISE.

Die Einführung ins Thema Funktionalisierung von Oberflächen übernahm Prof. Bucher, der einen Überblick über die Modifikation von Oberflächen gab und sich im Vortrag auf die Funktionalisierung vor allem Benetzung von Kunst-stoffen konzentrierte. Dabei ging er auf die physikalischen Messgrößen sowie verschiedene Methoden insbesondere Plasmaverfahren ein.

Dr. Schmauz stellte den Teilnehmenden das CO2-Schneestrahlverfahren vor und grenzte dieses von anderen Verfahren ab. Besondere Merkmale sind, dass das Verfahren trocken ist, darüber hinaus chemikalien- und abwasserfrei und damit auch rückstandsfrei. Es kann partiell selektiv angewendet werden und ist sehr einfach zu automatisieren. Anhand von Beispielen aus der Optik, Medizintechnik oder der Elektronikindustrie verdeutlichte er die Einsatzmöglichkeiten.

Anschließend erläuterte Prof. Bucher, wie mittels Verkapselung bzw. Beschichtung Mikroelektronik (aktive Implantate; Retina-Chip usw.) vor harschen Umgebungen wie Blut oder anderen Körperflüssigkeiten geschützt werden kann. Sobald es zu Permeabilität für Wasserdampf kommt, kann dies zu Korrosion führen! Die ideale Kapselung entsteht durch abwechselnde Schichten aus Parylen und Metall, das mittels Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition (PE ALD) aus Aluminium- und Titan-Verbindungen abgeschieden wird. Zur mechanischen Stabilität werden mehrere Lagen benötigt.

Auf die Nachfrage zum Preis schätzte Bucher die komplette Verkapselung im industriellen Maßstab bei einem Mobiltelefon auf etwa 20€.

Nach der Mittagspause stellten Dr. Andreas Lorenz und Dr. Roman Keding vom Fraunhofer ISE aktuelle Arbeiten vor, und zwar "(Rotations-)Siebdruck zur Realisierung feiner Strukturen und hoher Durchsätze im industriellen Umfeld" sowie "FlexTrail - ein neues Druckverfahren für ultra-feine Linien (<10μm)". Dr. Andreas Lorenz erklärte, dass aufgrund der wachsenden Zahl von Si-Solarzellen (bereits 36,6 Mrd Zellen in 2021) die Herausforderung bei der Metallisierung steigt, die Silbermenge zu reduzieren. Daher werden Siebdruckverfahren untersucht, um hier weniger Silber zu verwenden. Noch sind Zykluszeiten unter 1 s schwierig zu erreichen. Des Weiteren untersucht das Fraunhofer ISE im Projekt Rock-Star Rotationsdruckverfahren, um im kontinuierlichen Druck das Durchsatzziel (8.000 statt 4.000 Wafer/h) zu erhöhen. Die Demonstrator-Anlage wurde erfolgreich realisiert.

Ein neues Druckverfahren stellte Dr. Roman Keding vor. Dabei wird eine flexible Glaskapillare eingesetzt, welche sich im Kontakt mit dem Drucksubstrat, z.B. ITO-beschichtete Solarzelle, befindet. Die Tinte (breiter Viskositätsbereich einsetzbar) wird durch oberflächengetriebene Wechselwirkungen zw. Kapillare, Substrat und Tinte aus der Kapillare "herausgezogen" (geringe Druckbeaufschlagung). Auch die Topografie des Substrats (Textur, erhöhte Rauigkeit) hat erheblichen Einfluss auf den Druckprozess. Besondere Eigenschaften des Verfahrens sind die min. Strukturbreite von weniger als 10µm und der äußerst geringe Materialeinsatz.

Das FlexTrail Verfahren wird vorwiegend für die Anwendung PV (entsp. Substrate, hoher Durchsatz, geringe Kosten, hohe Lebensdauer) entwickelt, weswegen insb. die Entwicklung von parallelisierten, kostengünstigen Druckköpfen im Fokus steht.

Weitere Entwicklungsthemen sind u.a. die Kostensenkung von nano-skaligen, metallischen Druckmedien (mit Partnern), Evaluierung der Lebensdauer von Glaskapillaren (insb. auf beschichteten Si-Wafern mit Textur), lokale Aufnahme der Substrattopografie mit entsprechender Regelung der Kapillarposition.