Für elektrische Schaltungen ist Glas als Basismaterial aufgrund seiner Materialeigenschaften hervorragend geeignet. Daher werden seit längerer Zeit elektrische Strukturen aus dünnen Metallschichten wie Leiterbahnen homogen auf und durch Glassubstrate hergestellt. Nun haben Forscher am Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM in Berlin solche Leiterbahnen vollständig im Glas eingeschlossen realisiert.
Gut geschützte Sensoren sind möglich
Die Vorteile des neuen Verfahrens: Die für Glas typische glatte Oberfläche bleibt erhalten. Es gibt auch keine Haftungsprobleme an der Grenzfläche zwischen dem Glas und der metallischen Lage, da diese in die Glasmatrix eingebaut ist. Daher muss kein Haftvermittler – meist ein weiteres Metall – verwendet werden. Elektrische Strukturen, wie Widerstände und Kapazitäten, lassen sich leicht integrieren und sind im Inneren des Glases vor Korrosion, aggressiven Flüssigkeiten und Gasen sowie mechanischem Abrieb geschützt.
Auf Glas angepasste Prozessführung
Der Schlüssel zum Erfolg ist neben der Materialauswahl auch die angepasste Prozessführung: Die metallische Schicht kann einige 100 nm, also hauchdünn, oder auch einige Mikrometer dick sein, sodass sie mit dem bloßen Auge durch die starke Reflexion auf dem Glas gut sichtbar ist. Es entsteht ein spiegelähnlicher Effekt an der Glasoberfläche. Diese flächige metallische Schicht lässt sich über eine Länge von einigen Millimetern bis hin zu mehr als 10 cm herstellen. Ebenso gut können die metallischen Strukturen selektiv eingebracht werden, sodass elektrische Leiterbahnen im Glas entstehen.
Elektrische Leitung nach außen und doch dicht
Das Verfahren ermöglicht neuartige Anwendungen. Beispielsweise könnten so Mikrovakuumkammern aus Glas elektrisch kontaktiert werden, ohne dass die elektrischen Leitungen die hermetische Versiegelung reduzieren. Außerdem könnten diese Leiterbahnen unter widrigen Bedingungen, denen auf das Glas aufgebrachte Leiterbahnen nicht standhalten würden, für sensorische Zwecke eingesetzt werden.
Winzige Mikroelektroden können in Analysegeräten wie elektrochemischen Biosensoren verwendet werden, um biochemische Prozesse wie Enzymreaktionen oder Antigen-Antikörper-Interaktionen nachzuweisen. Solche Sensoren wären sehr robust. Die in Glas integrierten Strukturen hielten dauerhaft hohen Temperaturen bis 200 °C stand.
Aktuell sind die Forschenden auf der Suche nach interessierten Unternehmen, die ihre Kenntnisse gemeinsam mit ihnen vertiefen wollen, und freuen sich über eine direkte Kontaktaufnahme.
Kontakt:
Fraunhofer IZM
Philipp Wachholz
E-Mail: philipp.wachholz@izm.fraunhofer.de
URL: www.izm.fraunhofer.de
