Donnerstag, 08 Juli 2021 09:00

Gedruckter Miniaturlautsprecher mit Zukunftsperspektive

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Auf den Wafer lassen sich durch Inkjet-Druck technische Strukturen und beliebige Geometrien auftragen, die Funktionalisierung erfolgt via Laserstrahlung

Er hat sechs Ecken und ist etwa so groß wie ein 1-Cent-Stück: In einem additiven Fertigungsverfahren lassen sich Miniaturlautsprecher als Teil von piezoelektrischen, mikroelektromechanischen Systemen – sogenannten Piezo- MEMS – in Dünnschichttechnik mit einer Kombination von Tintenstrahldruck und Lasertechnik effizient und kostengünstig herstellen.

Danach werden die einzelnen Lautsprecherelemente vereinzelt und in eine elektronische Umgebung eingebundenDies konnte im Rahmen des BMBF-Verbundprojektes „Generative Herstellung effizienter Piezo-MEMS für die Mikroaktorik (GENERATOR)“ an einem Demonstrator bewiesen werden.

Die Dünnschichten bestehen in der Regel aus Blei-Zirkonat-Titanat (PZT). Bislang wurden in der Produktion von Piezo-MEMS zeitaufwändige konventionelle vakuum- und maskenbasierte Herstellungsmethoden eingesetzt. Im Rahmen des Projekts GENERATOR entwickelte das Fraunhofer ILT gemeinsam mit dem Fraunhofer ISIT und dem IWE2 der RWTH Aachen daher als günstige Alternative eine Verfahrenskombination aus digitalem Tintenstrahldruck und Laserkristallisation: Nach dem Auftragen von PZT-Spezialtinte auf 8“-Silizium-Wafern folgt die Kristallisation mittels Laserstrahlung bei lokalen Temperaturen von über 700 °C. Aus bis zu 30 nur wenige Nanometer dünnen PZT-Schichten wird ein mehrlagiger Aktuator mit einer Gesamtschichtdicke von 2 bis 3 µm aufgebaut. Legt man eine Wechselspannung an diesen Multi-Material-Stack an, verformen sich die PZT-Schichten in Bruchteilen von Sekunden und regen dadurch den Stack zur Schwingung an. Das Verfahren eignet sich besonders für kleine und mittlere Unternehmen (KMU), denn die Investition in die Anlagentechnik fällt im Vergleich zu konventioneller Technik deutlich günstiger aus. Bisher wurde das Verfahren für die Beschichtung von Siliziumsubstraten verwendet, es sind aber auch andere Substrate wie z.B. Dünnstglas denkbar.