Gedruckte Elektronik

Unter organischer und gedruckter Elektronik versteht man Druckverfahren mit denen man elektronische Komponenten und Schaltungen additiv - also Schicht auf Schicht - auf Papier, Folie oder organische Trägermaterialien drucken kann. Die gedruckte Elektronik ist eine Weiterentwicklung der Silizium-basierten Mikroelektronik, mit der leichte, flexible, dünne und robuste Elektronikschaltungen äußerst preiswert hergestellt werden können. Die Technik eignet sich für die Massenfertigung von Schaltungen und Schaltungskomponenten.


Mit dem Funktionsdruck können dünne Elektronikkomponenten, Halbleiter, Isolatoren und Laminierungen auf flexiblen Kunststoffsubstraten gedruckt werden. Was die elektronischen Komponenten betrifft, so lassen sich Dioden und Transistoren, Widerstände, Kondensatoren, Spulen und Batterien herstellen und komplette elektronische Schaltungen wie Inverter, Verstärker, Oszillatoren und Gleichrichter.

Silbertinte und spezielle Druckfarben mit elektrischen Eigenschaften

Herstellung von polymeren RFID-Tags mit einer Druckmaschine, 
   Foto: PolyIC

Herstellung von polymeren RFID-Tags mit einer Druckmaschine, Foto: PolyIC

Die gedruckten Elektronikschaltungen werden aus elektrisch aktiven Kunststoffen gedruckt. Bei dieser Technik des Funktionsdrucks werden Silbertinten und spezielle Druckfarben mit elektrischen Eigenschaften lagenweise übereinander gedruckt und bilden so die elektronischen Schaltungen, wobei die einzelnen Lagen so dünn sind wie die von herkömmlichen Druckfarben. Das additive Verfahren benötigt normalerweise weniger Fertigungsschritte als die klassische Halbleiterfertigung, da diese oft großflächig angelegt ist und mit Ätztechniken bestimmte Bereiche ausspart. Außerdem müssen für die verschiedenen Schichten Masken angelegt werden.

Aufbau einer gedruckten Batterie

Aufbau einer gedruckten Batterie

Bei den eingesetzten Druckfarben handelt es sich um Polymere, die in geeigneten Lösungsmitteln gelöst wurden. Die Polymere können durch gezielte Ladungsträgerinjektion die elektrischen Eigenschaften von Leitern, Nichtleitern und Halbleitern annehmen. Die mit elektrischen Eigenschaften ausgestatteten Druckfarben können dann mit Druckmaschinen im Tiefdruck, Hochdruck, Offsetdruck, Flexodruck oder Siebdruck gedruckt oder wie elektronische Tinte auch im Tintenstrahldruck erstellt werden.

Verschiedene Druckverfahren für gedruckte Elektronik

Beim Tiefdruck werden kleinste Vertiefungen in den Druckzylinder eingraviert und mit der funktionalen Tinte gefüllt.

Ink-Jet-Druckmaschine für den Druck organischer Elektronik, Foto: Fujifilm

Ink-Jet-Druckmaschine für den Druck organischer Elektronik, Foto: Fujifilm

Beim Druck wird die Tinte aus den winzigen Vertiefungen auf das Plastiksubstrat übertragen. Anders ist es beim Offsetdruck, bei dem die funktionale Tinte nur an partiellen Stellen von der Drucktrommel übernommen wird. Beim Flexodruck, der eine Variante des Hochdrucks darstellt, wird die funktionale Tinte von einer erhabenen Druckform auf das Trägermaterial transferiert. Die genannten und weitere Druckverfahren eignen sich für Bogen- oder Rollendruck und damit für Massenproduktionen von Einweg-Massenartikeln.

Individuelle elektronische Schaltungen können auch mit Tintenstrahldruckern hergestellt werden. Beim Tintenstrahldruck wird die elektrische Tinte tropfenweise auf eine flexible Trägerfolie gesprüht. Mit diesem für organische Elektronik geeigneten Verfahren werden Auflösungen von einigen Mikrometern erzielt.

Flexibles Display von PlasticLogic

Flexibles Display von PlasticLogic

Die gedruckte Elektronik kann für den 3D-Druck von elektronischen Komponenten und Schaltungen benutzt werden, für organische Transistoren und flexible, extrem dünne gedruckte Batterien, ebenso für gedruckte Antennen, Funketiketten und Verpackungen, organische Photovoltaik, Sensoren, Datenspeicher, flexible Tastaturen und flexible Displays, diverse Smart Objects zur Integration von Ambient Intelligence in Textilien und unstrukturierten Lichtquellen wie Organic Light Emitting Diodes (OLED) und OLED-Flächenstrahler. Außerdem gibt es programmierbare Speicher, Read Only Memories (ROM), Write Once Read Many ( WORM) und Programmable Read Only Memories (PROM), und auch überschreibbare Non-Volatile RAMs (NVRAM) in gedruckter Elektronik.

Die Organic Electronics Association (OE-A) ist eine Interessenvertretung für die Polytronik und die gedruckte Elektronik.

Informationen zum Artikel
Deutsch: Gedruckte Elektronik
Englisch: printed electronics
Veröffentlicht: 23.04.2018
Wörter: 538
Tags: #Elektronik-Grundlagen
Links: 3D-Druck, AmI (ambient intelligence), Auflösung, Batterie, Diode