Technologie

Radartechnik aus dem Drucker

11.02.2019 - Digitale Fertigungstechnologien für Terahertz-Mikroelektroniksysteme.

Das Auto mithilfe von Radar­sensoren ein­zu­parken, gehört schon zum Alltag. Viele weitere Anwen­dungen für Radar­technik liegen auf der Hand, etwa präzise Abstands- und Umfeld­sensoren für Roboter und Maschinen der industri­ellen Automa­tion oder leistungs­fähige Sender und Empfänger für die Tele­kommu­nika­tion. Jedoch sind die konkreten Anwen­dungs­szena­rien meist sehr indivi­duell, die Stück­zahlen klein und die Ferti­gungs­kosten hoch. Das neue Forschungs­labor DiFeMiS am Karls­ruher Institut für Techno­logie setzt hier an und ent­wickelt Druck­techno­logien für präzise Hoch­frequenz­systeme bis in den Tera­hertz­bereich, die indivi­duell, klein und günstig sein werden. Das Bundes­minis­terium für Bildung und Forschung fördert das Labor mit etwa 3,37 Millionen Euro.

„Das Herzstück des geplanten Forschungs­labors ist eine konfi­gurier­bare, mikro­meter­präzise Druck­platt­form mit der in Zukunft das Packaging hoch­flexibel und kosten­günstig reali­iert werden kann“, erläutert Thomas Zwick, Leiter des Instituts für Hoch­frequenz­technik und Elek­tronik am KIT. Mit Packaging oder Aufbau- und Ver­bin­dungs­technik werden alle den Mikro­chip unter­stüt­zenden Bau­teile auf einer Platine – vom Leiter­draht bis zur Antenne – bezeichnet. Es hängt sehr stark von der Anwen­dung ab, etwa in Bezug auf die Größe und Aus­ric­htung von 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.“

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 komple­en­tären 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.

Insbesondere kleine und mittlere Unter­nehmen 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.

KIT / RK

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