Ziel der Entwicklung
Das Projekt verfolgte die Materialentwicklung und Prozessentwicklung für neuartige Infrarotstrahler, die hauptsächlich als Lichtquelle in optischen und photoakustischen Gassensoren eingesetzt werden. Auslöser dafür waren die bekannten Nachteile beziehungsweise Einschränkungen aller anderen bekannten Lösungen thermischer Strahler, wie zum Beispiel Mikro Glühlampen. Die Glühwendel ist bei mechanischem Schock leicht deformierbar und macht eine Rekalibrierung erforderlich. Die erforderliche Glashausung beschränkt den nutzbaren Spektralbereich. Die Dynamik ist aufgrund der relativ hohen Masse auf wenige Hertz beschränkt. Ein weiteres Beispiel sind Dickschichtlösungen, meist Siebdruck auf Keramik Substraten. Ein Nachteil hier ist die stark begrenzte Dynamik aufgrund der hohen Masse. Als letztes Beispiel zu nennen ist der Mikro Elektro Mechanischer Infrarot Strahler. Dieser hat zwar eine hohe Dynamik mit bis zu mehr als 100 Hertz, jedoch ohne kostenintensive Zusatzmaßnahmen, spektral beschränkte Emission, sowie verhältnismäßig hohe Kosten pro Bauteil. Das Projekt verfolgt eine neue Lösung, die technologisch im Bereich zwischen der Dickschichtlösungen und dem Mikro Elektro Mechanischen Strahler anzusiedeln ist. Druckfähige Materialien, die mit hohem Emissionsgrad auf dünnen Mikro Elektro Mechanischen Strahler Strukturen aufgebracht zu Hochtemperatur und langzeitstabilen thermischen Strahlern führen. Der Vorteil der Lösung sind geringere Kosten, wie bei der Dickschichtlösung und ähnliche Performance wie bei Mikro Elektro Mechanischen Strahlern.
Vorteile und Lösungen
Es wurden verschiedene Materialsysteme bezüglich Verarbeitbarkeit im Siebdruckverfahren und den damit erreichbaren Bauteileigenschaften infrarotemittierender Strahler erprobt. Das Verfahren mittels Siebdruck bietet im Vergleich zu lithographischer Strukturierung und Abscheideprozessen wie Aufdampfen oder Sputtern erhebliche Kostenvorteile. Als Herausforderung des Siebdruckverfahrens ist hingegen die Homogenität der gedruckten Schichtdicken, das Erreichen sehr dünner Schichten sowie die Langzeitstabilität bei hohen Betriebstemperaturen und Elektromigration zu nennen. Im Laufe des Projektes wurden verschiedene siebdruckfähige, metallhaltige Pasten evaluiert und so die Grundlagen für eine spätere Entwicklung konkreter Heizer beziehungsweise Infrarot Strahler geschaffen. Erste Tests auf Mikro Elektro Mechanische Membranen verschiedener Dicke verliefen erfolgreich und demonstrieren die generelle Eignung des Verfahrens.
Zielgruppe und Zielmarkt
Die entwickelten Grundlagen dieses Vorlaufforschungsvorhabens zielen auf die spätere Entwicklung von Heizelemente und Infrarot Strahlern. Mikro Heizelemente kommen in zahlreichen Anwendungen zum Einsatz, zum Beispiel bei Feuchte oder chemischen Gassensoren. Infrarot Strahler werden insbesondere als Lichtquelle für nichtdispersive infrarote Gassensoren eingesetzt. Das Projekt erzeugte die Grundlagen für kostengünstige Alternativen zu vergleichbaren Mikro Elektro Mechanischen Lösungen. Davon profitieren Sensorhersteller, die solche Komponenten als Teil ihrer Sensorsysteme einsetzen. Mit den hier entwickelten Grundlagen werden Risiko und Durchführungsdauer anschließender Entwicklungsprojekte deutlich gesenkt.
