Alternatives Herstellungsverfahren von flexiblen Interconnects basierend auf dem Island-Bridge-Konzept
Internally funded project
Start date : 01.09.2021
Project details
Short description
The research project is used within a scope of a LEB PhD in collaboration with the Fraunhofer Institute for Integrated Systems and Device Technology (IISB).
The basis for many flexible conductor paths is the artificial extension of the initial length, for example by structuring them in serpentines or, in the case of the island bridge concept, by exploiting the trench depth. In the latter, the traces must be transferred or bonded to a pre-stretched substrate, whereby the traces, once the pre-stretch is removed, arc into the trench depth.
The question that arises is how the integration of the conductive traces into the trench depth can be realized by a less complex process. In this work, a new concept is implemented in which an arc-shaped connection is made directly on the three-dimensionally pre-patterned substrate. After its release, the approach also guarantees extensibility of the substrate. In this process, the trenches are filled in advance with a shaping polymer, on which the lithography for structuring the conductive tracks can then take place. The mechanics of these alternatively produced conductive tracks and stretching or bending processes are analyzed by numerical simulations and structural possibilities for optimizing the flexible structures are derived from this already without experimental effort. The final goal is to fabricate free-standing island bridge substrates with the developed traces and to demonstrate their electrical functionality under mechanical load
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Scientific Abstract
Für den Aufbau flexibler Elektronik ist die Strukturierung der metallischen Leiterbahnen von großer Bedeutung. Es werden mehrere Konzepte mit unterschiedlicher Komplexität verwendet. Allen Konzepten ist gemeinsam, dass sie L0 erhöhen und damit die Belastung reduzieren. Das Insel-Brücken-Konzept ist eine bekannte Möglichkeit und wird oft mit geknickten, bogenförmigen Verbindungen (Brücke) verwendet. Die Biegung der Brücke kann erreicht werden, indem die Inseln zusammen mit den Metallstrukturen auf ein vorgedehntes flexibles Substrat montiert werden und die Dehnung anschließend aufgehoben wird, so dass die Verbindungen teilweise angehoben werden und eine Bogenform bilden. Wenn die Brücken eine ausreichende Höhe im Mikrometerbereich haben, ist es möglich, den Bogen in den Graben, der die Inseln trennt zu hineinzulegen. Alternativ wird vor dem eigentlichen Prozess für die elektronischen Bauelemente ein dehnbares Substrat mit einer wellenförmigen Oberfläche hergestellt. Aus beiden Möglichkeiten geht hervor, dass ein schwieriger Transferprozess oder ein zusätzlicher Herstellungsprozess erforderlich ist.
Ziel dieser Arbeit ist es, einen alternativen Produktionsweg auf der Grundlage des Insel-Brücken-Konzepts zu entwickeln, bei dem die freistehende Verbindung in die Tiefe des Grabens verlegt und die Herstellung in die Standard-Silizium-Planar-Technologie integriert wird.
Die so hergestellten Arrays kombinieren einfaches Formdesign mit den Vorteilen des Insel-Brücken-Konzepts. Zum ersten Mal ist die Herstellung von gewölbten Metallstrukturen vollständig in ausgereifte Standardproduktionsschritte integriert, ohne dass ein schwieriger Transfer der Struktur auf ein dehnbares Substrat oder die zusätzliche Vorproduktion eines speziellen gewölbten Substrats erforderlich ist.
