Elektronische Schaltungen auf flexiblen Folien sind heute unverzichtbare Bestandteile in diversen Produkten. Beispielsweise enthalten Handys, Automobile oder diebstahlsichere Etiketten solchen Folienschaltungen. Sie zeichnen sich besonders durch ihre Biegsamkeit, ihre geringe Größe und ihre hohe Zuverlässigkeit aus.
Der Trend zu flexiblen elektronischen Schaltungen für miniaturisierte Produkte erfordert neuartige kostengünstige Fertigungstechnologien. Daher hat das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) in Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST in Braunschweig Untersuchungen zu einem neuen Fertigungskonzept für großflächig strukturierte Dünnschichtsysteme mit gleichzeitig hoher Auflösung durchgeführt.
In einem ersten Schritt werden dünne Schichten wie Leiterbahnen auf eine Substratfolie durch das so genannte PVD-Verfahren (Physical Vapour Deposition, ein vakuumbasiertes Beschichtungsverfahren) aufgebracht. In einem zweiten Schritt werden diese Dünnschichtstrukturen mit dem Laser feinstrukturiert.
Die Laserstrukturierung lässt sich sehr flexibel und einfach programmieren und kann unter geringem technischen Aufwand Dünnschicht-Schaltkreise unterschiedlicher Auflösungsanforderungen nahtlos miteinander kombinieren. Mit dem Laser lassen sich gezielt die Stellen mit besonderer Anforderung an die Strukturauflösung, wie z.B. Feinleiter- oder Sensorformen, herausarbeiten. Das Verfahren ermöglicht damit die kostengünstige Variation von Schaltkreismodulen direkt im Fertigungsprozess.
Diese Kombination zwischen der Beschichtung durch PVD und die nachfolgende Feinstrukturierung durch den Laser vereinigt die Vorteile beider Verfahren. Einerseits haben die Dünnschichtstrukturen eine sehr hohe Auflösung bei hoher Prozessgeschwindigkeit und andererseits einen geringen Verbrauch an (Edel-) Metallen.
Welches technische Potential die vorgestellte Verfahrenskombination bei einer industriellen Umsetzung hat, kann anhand der bereits hergestellten Demonstratoren vorgestellt werden. Die Demonstratoren (s. Foto) enthalten neben großflächiger Strukturen mit geringer Auflösung wie z. B. einer RFID-Antenne und einem SmartTag auch mäanderförmige Teststrukturen mit Stegbreiten von weniger als 5 µm hergestellt. Die Arbeiten wurden durch die Forschungvereinigung 3D-MID e.V. unterstützt.