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Entwicklung und Charakterisierung eines elektrisch leitfähigen zwei-komponenten-epoxidharzsystems zur Herstellung von selbstaushärtenden Leiterbahnen

Development and Characterisation of an electrically conductive two-component expoxy resin for self-curing conductive tracks
 
: Friedrichs, Kira
: Busse, Matthias; Deitschun, Jonas

Bremen, 2020, 88 pp.
Bremen, Univ., Master Thesis, 2020
German
Master Thesis
Fraunhofer IFAM ()

Abstract
Die digitale gedruckte Elektronik bietet viele Möglichkeiten der individuellen Applikation von Leiterbahnen und Sensoren auf verschiedensten Oberflächen. Bei Metall-Polymer-Kompositen, welche Anwendung beim Dispensen finden, ist nach der Applikation eine thermische Aushärtung im Ofen notwendig. Hierdurch wird die Anwendungsvielfalt der Technologie auf temperaturbeständige Materialien und maximale Bauteilabmessungen beschränkt. Um den Aushärtungsschritt im Ofen zu vermeiden, soll im Rahmen dieser Arbeit ein zweikomponentiges, bei Raumtemperatur vernetzbares, elektrischleitfähiges Epoxidharzsystem entwickelt werden. Das Konzept der selbstaushärtenden Leiterbahnen eröffnet neue Möglichkeiten für die Integration gedruckter Elektronik in der Produktion. Die Produktivität des Gesamtprozesses wird durch das Entfallen eines Prozessschrittes gesteigert und Anlageninvestitionen werden verringert. Wärmeempfindliche oder sehr große Bauteile können bedruckt werden, ohne dass diese durch den Ofenaushärtungsschrittbegrenzt werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde erfolgreich ein bei Raumtemperatur vernetzbares, elektrisch leitfähiges Material entwickelt. Darüber hinaus konnte das Material mit zwei verschiedenen Dispens-Druckverfahren als selbstaushärtende Leiterbahnen aufgetragen werden. Ziel der Entwicklung war eine hohe elektrische Leitfähigkeit bei einer guten Verdruckbarkeit. Für die Entwicklung sind verschiedene Epoxidharzsysteme als Matrix und unterschiedliche Silberpartikelarten als Leitadditiv untersucht worden. Das entwickelte Material ist hinsichtlich unterschiedlicher Materialeigenschaften, wie der Reaktionsschrumpfung, Viskosität, Restreaktivität (DSC)und Partikelorientierung charakterisiert worden. Die wichtigste Eigenschaft stellt die elektrische Leitfähigkeit dar. Diese wurde in Form des spezifischen Widerstands unterschiedlichen, vergleichbaren Materialien gegenübergestellt. Es konnte gezeigt werden, dass Epoxidharze mit einer hohen Vernetzungsdichte infolge eines linearen aliphatischen Amins als Härter von allen untersuchten Harzsystemen zu der höchsten elektrischen Leitfähigkeit führen. Bezüglich der Viskosität und der elektrischen Leitfähigkeit stellen Silber-Flakes mit einem D50 von 3-8 μm die am besten geeigneten Silberpartikel von den untersuchten Partikelarten dar. Um die Aushärtezeit zu verkürzen wurde der Einfluss eines tertiären Amins untersucht. Die Aushärtungszeit kann hierdurch angepasst werden. Erzielt wurden elektrische Widerstände im selbstausgehärteten Zustand von 0,13mcm. Im hei gehärteten Zustand beträgt der niedrigste elektrische Widerstand 0,017mcm. In der Gegenüberstellungmit vergleichbaren Veröffentlichungen weist das selbst entwickelte Material die beste elektrische Leitfähigkeit auf. Die Weiterentwicklung des Materialsund Implementierung in Prozessketten bietet ein enormes Potential für die weitere Integration der digitalen gedruckten Elektronik in Prozessen und der Steigerung der Produktivität.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-621201.html