Radartechnik aus dem 3D-Drucker

| Redakteur: Dr. Anna-Lena Gutberlet

Das Forschungslabor am KIT entwickelt neue Fertigungstechniken der Aufbau- und Verbindungs­technik für die Höchstfrequenz­elektronik.
Das Forschungslabor am KIT entwickelt neue Fertigungstechniken der Aufbau- und Verbindungs­technik für die Höchstfrequenz­elektronik. (Bild: Joachim Hebeler, KIT)

Die Einsatzmöglichkeiten der Radartechnik sind vielfältig und gleichzeitig sehr individuell – somit sind die Stückzahlen klein und die Fertigungskosten hoch. Forscher am KIT setzen hier an und entwickeln Drucktechnologien für präzise Hoch­frequenz­systeme bis in den Terahertzbereich, die individuell, klein und günstig sein sollen.

Wer an Elektronik denkt, stellt sich meist Bauteile auf einer grünen Leiterplatine vor. Doch dieser Träger für elektrische Elemente eignet sich nur für Schaltungen, die mit Frequenzen deutlich unter 100 GHz arbeiten.

Darüber basieren Platinen für Hochfrequenzsysteme beziehungsweise Radartechnik meist auf lithografischen Verfahren, die jedoch auf Massenfertigung optimiert sind: Eine entsprechende Belichtungsmaske zu erstellen, ist für mittlere Stückzahlen von bis zu 10.000 Exemplaren, wie sie typischerweise von kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) produziert werden, zu kostenintensiv. Neueste Additive Verfahren und Präzisions-Drucktechnik könnten die Lücke zwischen Einzel- und Massenanfertigung schließen.

„Das Herzstück des geplanten Forschungslabors ist eine konfigurierbare, mikrometerpräzise Druckplattform mit der in Zukunft das Packaging hochflexibel und kostengünstig realisiert werden kann“, erläutert Professor Thomas Zwick, Leiter des Instituts für Hochfrequenztechnik und Elektronik am KIT.

Das Packaging – vom Leiterdraht bis zur Antenne – hängt sehr stark von der Anwendung ab, etwa in Bezug auf die Größe und Ausrichtung der Antennen. Daher eignen sich massenproduzierte Lösungen von der Stange meist nicht.

„Radartechnik bei sehr hohen Frequenzen bis in den Terahertzbereich bietet sich für viele weitere Anwendungen an, da die hohe Frequenz eine höhere Messgenauigkeit, höhere Datenübertragungsrate und eine weitere Miniaturisierung möglich macht.“

2D- und 3D-Druckverfahren kommen zum Einsatz

Das Forschungslabor am KIT verbindet Anlagen für additive und maskenlose Abscheide- und Strukturierungsverfahren zu einer flexibel einsetzbaren Druckplattform. Zusätzlich ermöglichen spezielle Messsysteme die Bestimmung des Frequenzverhaltens von Komponenten und Systemen bei mehr als 500 GHz.

Um elektrische Schaltungen zu drucken, stehen schon verschiedene Verfahren zur Verfügung, in denen Materialien verschiedenster elektrischer Eigenschaften quasi als Tinte eingesetzt werden – zweidimensionale wie Ink-Jet und Aerosol-Jet oder dreidimensionale wie die Laserlithografie.

Für Schaltungen jenseits der Frequenz von 100 GHz gilt es, die Auflösung zu steigern und die komplementären Eigenschaften miteinander zu verbinden. Die große Herausforderung ist die exakte Positionierung der Bauteile: Druckprozesse sollen dazu mikrometergenau aufeinander abgestimmt werden, damit Bausteine aus den verschiedenen Druckern optimal zusammenarbeiten und Schaltungen möglichst klein werden.

Hochfrequenzsensoren für Industrie 4.0 und Robotik

Insbesondere KMU könnten digitale Fertigungsverfahren für eine kostengünstige Aufbau- und Verbindungstechnik bei Frequenzen oberhalb von 100 GHz nutzen, um eine Vielzahl von Sensoranwendungen im Umfeld von Industrie 4.0 und Robotik zu entwickeln. In dem Bereich gibt es viele Messaufgaben von einfachen Abständen bis hin zu komplexer Bildgebung.

Hochfrequenzsensoren bieten sich dafür dank ihrer guten Auflösung, hohen Genauigkeit, kleinen Bauform und hohen Robustheit an. Aber auch in der Telekommunikation können Sender und Empfänger aus Hochfrequenzsystemen eingesetzt werden. Mit digitalen Fertigungsverfahren könnte das Tor zu einer maßgeschneiderten, integrierten und günstigen Produktion aufgestoßen werden.

BMBF-Förderung in Höhe von 3,37 Millionen Euro

An der „Digitalen Fertigung von THz-Mikroelektroniksystemen“ (DiFeMiS) arbeiten im Forschungslabor am KIT derzeit die drei Forschungsgruppen der Professoren Thomas Zwick, Ulrich Lemmer und Christian Koos zusammen (Institut für Hochfrequenztechnik und Elektronik, Lichttechnisches Institut und Institut für Photonik und Quantenelektronik). Die neu eingerichtete Professur von Ahmet Cagri Ulusoy am Institut für Hochfrequenztechnik und Elektronik wird bald mit eingebunden.

Das Labor wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Programms „Forschungslabore Mikroelektronik Deutschland“ mit 3,37 Millionen Euro für drei Jahre gefördert. Forschung auf internationalem Spitzenniveau soll durch Investitionen in modernste Geräte und Anlagen verstärkt ermöglicht werden. Die insgesamt zwölf Labore sollen neue Forschungsfelder für die Mikroelektronik der Zukunft erschließen und den wissenschaftlichen Nachwuchs mit hochmoderner Ausstattung ausbilden.

Thomas Rachel, Parlamentarischer Staatssekretär bei der Bundesministerin für Bildung und Forschung, MdB, betonte auf der Auftaktveranstaltung am 5. Februar 2019 die Bedeutung der Forschungslabore als Investition in die Zukunft: „Wir wollen auch in einer sich rasant verändernden Welt selbstbestimmt leben. Dazu müssen wir in Deutschland und Europa auch technologisch über eine starke Basis verfügen. Die ,Forschungslabore Mikroelektronik Deutschland‘ liefern hierzu einen wichtigen Beitrag. In den Laboren wird die Elektronik der nächsten Jahrzehnte entwickelt und reif gemacht für die Anwendung, damit neue Ideen und neues Wissen schnell in unserem Alltag ankommen.“

Gedruckte Elektronik: „Der Weg in die 3. Dimension war vorgezeichnet

Gedruckte Elektronik: „Der Weg in die 3. Dimension war vorgezeichnet"

09.10.18 - Das 2. Praxisforum 3D-gedruckter Elektronik präsentiert einen Rundumschlag zu gedruckter Elektronik, additiver Fertigung sowie hybriden Ansätzen – vom Stand der Forschung über verschiedener Prozesse bis zu industriellen Anwendungen - und regte zur Diskussion an. lesen

„Die FMD soll das Modell sein, mit dem wir in die Zukunft gehen.“

„Die FMD soll das Modell sein, mit dem wir in die Zukunft gehen.“

09.11.18 - Die deutsche Mikroelektronik-Forschung rückt zusammen, um den Technologiestandort Deutschland in der Mikro- und Nanoelektronik zu stärken. Jörg Amelung, Leiter der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD), im Interview über das Konzept, die Ziele und die Zukunft der FMD. lesen

So halten autonome Fahrzeuge auch bei Dämmerung die Spur

So halten autonome Fahrzeuge auch bei Dämmerung die Spur

04.02.19 - Autonome Fahrzeuge haben Schwierigkeiten, bei Dämmerung und auf nasser Fahrbahn die Spur zu halten. Spezielle Bildverarbeitungs-Systeme sind die Lösung. lesen

Kommentar zu diesem Artikel abgeben
Wow! Viel Erfolg damit!  lesen
posted am 12.02.2019 um 11:59 von Unregistriert


Mitdiskutieren
copyright

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter www.mycontentfactory.de (ID: 45739064 / Generative Fertigung)