Gedruckte Strukturen: Entwicklung simulationsgestützter Auslegung über Materialcharakterisierung (SEsAM)

Im geplanten Projekt sollen digital gedruckte leitfähige Tinten (z.B. Silber) hinsichtlich ihrer Werkstoffeigenschaften und Zuverlässigkeit charakterisiert werden. Kennwerte wie bspw. E-Modul /CTE werden in Simulationsmodelle eingespeist und Funktionsstrukturen wie Heizer, Dehnmesstreifen (DMS) und elektrische Schaltungen ausgelegt.

Im Rahmen des Projektes sollen Teststrukturen gedruckt, hinsichtlich ihrer Funktion und Zuverlässigkeit charakterisiert und Simulationsmodelle erstellt werden. Mit den entwickelten Simulationsmodellen ergibt sich ein hohes Potential zur Verkürzung von Entwicklungszeiten und zur Steigerung der Zuverlässigkeit für individuell gefertigte gedruckte Funktionsstrukturen, die über Leiterbahnen hinausgehen, wie bspw. Heizer, Dehnmessstrukturen und Temperatursensoren.

Es gibt eine Reihe an Variationsmöglichkeiten während des Druckprozesses, die Einfluss auf die Eigenschaften der gedruckten Strukturen haben. Angefangen bei dem Druckverfahren, über die Verwendung verschiedener kommerzieller nanopartikulärer Metalltinten, bis hin zu Sinterparametern. Damit ergibt sich ein breites Parameterfeld, dass es mittels statistischer Versuchsplanung zu untersuchen gilt, um Abhängigkeiten und eventuell allgemeine Aussagen treffen zu können. Da die Schichtdicken der gedruckten Strukturen im Bereich von 1-10 µm liegen, werden geeignete Analyseverfahren ausgewählt und weiterentwickelt. Die weitere Charakterisierung der Teststrukturen kann z.B. mittels aktiver Bestromung, passiver Temperaturbelastung und mechanischer Belastung erfolgen. Zur Ermittlung von Ausfallursachen werden die Testaufbauten anschließend einer Schadensanalyse unterzogen.

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