Erweiterte Funktionalität von Dickschicht-Bauelementen durch Einsatz der Inkjet-Technologie

Inhalt

Formelverzeichnis

Variablen

Konstanten

Abkürzungsverzeichnis

1 Einleitung

2 Stand der Technik
2.1 Siebdruck
2.2 Direct-Write elektronischer Bauelemente
2.2.1 Tintenbasierte Verfahren
2.2.2 Thermische Verfahren
2.2.3 Verfahrenskombinationen
2.3 Inkjetfertigung elektronischer Baulelemente
2.3.1 Drucktechnik
2.3.2 Inkjetgefertigte Strukturen

3 Prozessregelung
3.1 Anlagenentwurf
3.1.1 Einflussgrößen
3.1.2 Interdependenzen
3.1.3 Anlagenschema
3.2 Temperaturregelung
3.2.1 Bauliche Implementierung
3.2.2 Regelung
3.2.3 Wahl des Arbeitspunktes
3.3 Druckregelung
3.3.1 Wahl der Pumpen
3.3.2 Zulaufdruck
3.3.3 Ablaufdruck
3.4 Trocknungsumgebung
3.5 Ansatz zur Druckkopfidentifikation
3.5.1 Systemidentifikation
3.5.2 Anwendungsbedingte Anforderungen
3.5.3 Existierende Verfahren
3.5.4 Ableitung eines neuen Verfahrens
3.5.5 Quantifizierbare Tiefpassfilterung
3.5.6 Iterative Berechnung
3.5.7 Identifikation mit Prozessdaten

4 Druckprozess
4.1 Substratbeschichtung
4.1.1 Spincoating
4.1.2 Prozessparameter
4.2 Tintenherstellung
4.2.1 Herstellung der Paste
4.2.2 Herstellung von Tinten
4.2.3 Silbertinten
4.3 Einsatz mehrerer Druckköpfe
4.4 Druckmustererstellung
4.4.1 Anzahl der Schichten
4.4.2 Kompensation von Düsenfehlern
4.4.3 Positionierung der Bauteile
4.5 Prozessüberwachung
4.5.1 Tropfenmasse und Feststoffanteil
4.5.2 Streuung von Tropfengröße und -position
4.5.3 Sedimentierende Tinten
4.6 Sintern
4.6.1 Einfluss auf die Bauteilgeometrie
4.6.2 Pyrolyse der Additive
4.6.3 Sinterprofile

5 In situ gemischte Widerstände
5.1 Theoretische Modellierung
5.1.1 Leitwerte
5.1.2 Parallelschaltung
5.1.3 Virtuelle Tinten
5.1.4 Statistische Auswertung
5.2 Fertigung der Widerstände
5.2.1 Düsenausfälle
5.2.2 Versuchsaufbau
5.2.3 Virtuelle Tinten
5.2.4 Temperaturabhängigkeit
5.2.5 Parallelschaltung
5.2.6 Drucken definierter Leitwerte

6 Mehrlagige Kondensatoren
6.1 Versuchsaufbau
6.1.1 Geometrische Randbedingungen
6.1.2 Kondensatorentwurf
6.2 Theoretische Modellierung
6.3 Ergebnisse
6.3.1 Einfacher Plattenkondensator
6.3.2 Modifiziertes Design
6.4 Übertragbarkeit auf induktive Bauelemente
6.4.1 Modellierung
6.4.2 Vermessung
6.4.3 Fertigung

7 Vertikal integrierte RC-Glieder
7.1 Zielsetzung
7.2 Exemplarische Umsetzung
7.2.1 Prozessstabilität
7.2.2 Trocknung
7.2.3 Oberflächenadhäsion
7.2.4 Sinterverhalten
7.2.5 Elektrische Eigenschaften
7.3 Perspektive

8 Zusammenfassung und Ausblick

Anhang
A. Größe von Simplexen
B. Einheitssimplexe
C. Gradient eines Simplex

Literatur

Formelverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Einleitung

Obwohl die Inkjetfertigung von Elektronik noch in ihren Kinderschuhen steckt, ist bereits erkennbar, dass die additive digitale Fertigung von Elektronik eine der Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts sein wird. John Naisbitt schrieb, dass der zuverlässigste Weg einer Zukunftsprognose das Verstehen der Gegenwart sei [Naisbitt1984]. Diese ist geprägt durch Dezentralisierung, Vernetzung und Dekarbonisierung von Wirtschaft und Gesellschaft, letzteres sowohl aus abzusehendem Mangel an Ressourcen als auch aus wachsendem ökologischem Bewusstsein [Shell2013]. Schließlich spielen auch Digitalisierung und Individualisierung, beides keine neuen Trends, eine entscheidende Rolle für die Zukunft der Elektronikfertigung.

Die Bundesrepublik Deutschland hat mit der Energiewende unter den Industrienationen der Welt eine Pionierrolle in der Dezentralisierung und Dekarbonisierung der Energieflüsse eingenommen. Damit vollzieht sich in der Energiebranche eine Wandlung vom zentralen System mit wenigen Quellen und vielen Senken zu einem dezentralen System mit vielen Quellen und Senken. Dieser enorme Wandel ist vergleichbar mit der medialen Revolution durch das Internet, die statt des passiven Konsums von Medien aktive Teilnahme an deren Erzeugung ermöglicht.

Tatsächlich haben das moderne Energienetz und das Internet noch mehr gemeinsam, da sie sich gegenseitig bedingen. Ohne die Datenübertragung des Internets wäre ein Smartgrid, in dem kurzfristig landesweit die Erzeugung, Distribution, Speicherung und Verbrauch von Energie geregelt wird, nicht möglich. Das Internet wiederum benötigt Elektrizität für die physikalische Schicht seiner Netzwerke. Beide Systeme werden mit wachsender Abhängigkeit zu einer neuen „Megainfrastruktur“ [EPRI1999] verschmelzen, gekennzeichnet durch „Virtualisierung, Selbststeuerung, Miniaturisierung, Vitalität und Ubiquität“ [Servatius2012].

Dies bedeutet, dass die Elektronisierung der elektrischen Welt immer weiter voranschreiten wird. Die Vernetzung und Regelung von immer mehr Verbrauchern führt zu einer Zunahme des Bedarfs an Elektronik im Alltag, der weit über die klassischen Haushaltsgeräte hinausgeht. Das Haus selbst, mit einer Gebäudeautomatisierung, die Energieflüsse in Echtzeit optimiert, um maximalen Wohnkomfort bei minimalem Verbrauch zu ermöglichen, wird ebenso Teil des Smartgrids wie – natürlich in Deutschland – das Elektroauto in der Garage. Gerade im Bereich der Gebäudetechnik sind individuelle Lösungen für den existierenden Gebäudebestand gefragt. Im Gegensatz zur Konsumelektronik muss hier eine Robustheit und Langlebigkeit erreicht werden, die den Nutzungs- und Sanierungszyklen von Gebäuden entspricht. Auch im automobilen Bereich sind die Robustheitsanforderungen an die dortige Elektronik enorm, was zum einen durch die große Varianz im Temperaturbereich bedingt wird, zum anderen aber auch durch die zunehmenden elektrischen Leistungen, die im Rahmen fortwährender Elektrifizierung der Aktoren (bis hin zum Antrieb) zu speichern, zu regeln und zu leiten sind.

All dies ist auf einer schrumpfenden Ressourcenbasis zu realisieren, was nicht zuletzt eine totale Umkehr der Produktionsparadigmen des 19. und 20. Jahrhundert bedeutet. An die Stelle von Rohstoffeinsatz zur Einsparung von Arbeit tritt die gezielte und intelligente Nutzung von Rohstoffen. Die Herstellung immer größerer Stückzahlen zur Senkung der Grenzkosten weicht der Fertigung individualisierter Lösungen in großem Maßstab („mass customization“) zur Steigerung des Grenznutzens. Schließlich führen steigende Rohstoffpreise dazu, dass die massenhafte Fertigung kurzlebiger Produkte wieder durch höherwertige Produkte mit längeren Produktzyklen ersetzt wird. Dabei unterliegen auch die Fertigungsverfahren an sich dem zweiten Zuboff‘schen Gesetz, nachdem alles, was digitalisiert und in Information verwandelt werden kann, auch digitalisiert und in Information verwandelt wird [Zuboff2013].

Aus diesem Trendszenario ergibt sich das Anforderungsprofil an die Elektronik im 21. Jahrhundert, das gekennzeichnet ist durch Langlebigkeit, ressourcensparende Fertigung und Flexibilität.

Elektronik muss robust und langlebig sein, damit lange Lebenszyklen einerseits einen hohen Nutzen für die investierten Ressourcen bedeuten und weil anderseits die fortschreitende Elektronisierung den klimatisierten Haushalt verlässt und sich in Kellern, Fahrzeugen und einer zunehmenden Zahl von dezentralen Energieerzeugern wie Wind- und Solaranlagen ausbreitet. Diese Anforderung ist durch keramische Elektronik hervorragend erfüllbar. Langlebigkeit bedeutet neben der geringeren Anfälligkeit des Produktes an sich aber auch eine langfristig gesicherte Versorgung mit Ersatzteilen. Dies wiederum ist nur zu erreichen, wenn flexible Fertigungsverfahren die Nachfertigung kleiner Losgrößen ermöglichen, so dass ohne aufwendige (und kaum zu prognostizierende) Vorratshaltung langfristig mit einem vertretbaren Aufwand Ersatz nachproduziert werden kann.

Die Umsetzung ressourcenschonender Verfahren in der Fertigung manifestiert sich in vielerlei Hinsicht. Bei gleichem Produkt ist das ressourcenschonendere Verfahren durch weniger oder leichter zu recycelnde Abfälle gekennzeichnet, durch geringeren Energieverbrauch und durch einen weniger umfangreichen Maschinenpark, da auch Fertigungsmittel gebundene Ressourcen sind. Additive Fertigungsverfahren bieten diese Vorteile. Als potentielle Alles-in-Einem-Lösung können durch gezielte Zugabe des gewünschten Werkstoffes an der gewünschten Stelle beliebig komplexe Strukturen gefertigt werden. Die einzigen Produktionsreste sind die Reste des Werkstoffes im verarbeitenden Gerät, wobei diese üblicherweise sortenrein sind und leicht weitergenutzt werden können. Besonders die Direct-Write-Technologien, zu denen die Inkjetfertigung gehört, sind in den meisten Fällen durch einen wenig umfangreichen Maschinenpark und extrem geringe Materialverluste in der Fertigung gekennzeichnet.

Schließlich besitzt der Digitaldruck als Fertigungsmethode einige grundlegende Eigenschaften, die ihn von anderen Verfahren unterscheiden. In der zweidimensionalen Welt ist der Drucker als Standardschnittstelle zwischen digitaler und physischer Welt fest etabliert. Mit den pixelbasierten Bildformaten existiert ein grundlegendes Datenmodell, das alle ebenen Räume diskretisiert beschreiben kann. Prinzipiell kann dieses Datenmodell auch auf drei Dimensionen erweitert werden, womit alle physischen Gegenstände digital abbildbar werden. Auf Basis dieses einfachen und gleichzeitig umfassenden Datenmodells besteht somit die Möglichkeit, eine digitale Dreidimensionalität in eine physische Dreidimensionalität umzusetzen – damit hat der Digitaldruck das Potential, zu einem Standardverfahren der Elektronikfertigung zu werden.

Die Kombination aus keramischer Elektronik, Inkjetfertigung und Digitaldruck ist also ein Baustein für die Meisterung der technischen Herausforderungen des 21. Jahrhunderts. Als additives Verfahren besitzt der Inkjetdruck die Vorteile der effizienten Ressourcennutzung. Als digitales Verfahren besitzt er die hohe Flexibilität, auch kleine Stückzahlen zu erzeugen, womit indirekt die Ressourcenausnutzung durch langfristige Nutzungszyklen durch individuelle Ersatzteilnachfertigung verbessert wird. Schließlich liefert keramische Elektronik die Robustheit, lange Lebenszyklen auch in extremen Anforderungsszenarien zu realisieren.

Da also abzusehen ist, dass die digitale additive Fertigung von keramischer Elektronik langfristig eine wichtige Rolle spielen wird, ist es notwendig, dass die Inkjetfertigung von Elektronik in ihren Kinderschuhen das Laufen lernt und dann erwachsen wird. Diese Arbeit soll einen Beitrag dazu leisten.

Dabei baut diese Arbeit auf den Ergebnissen auf, die in vorangegangenen Forschungsarbeiten am Lehrstuhl für Prozessdatenverarbeitung und Systemanalyse an der Helmut-Schmidt-Universität in Hamburg durchgeführt wurden, besonders auf denen von Currle, Cibis und Waßmer. Nachdem Currle gezeigt hat, wie man Dispersionen erzeugen kann, die im Inkjetverfahren verdruckbar sind [Currle2009] und Cibis wesentlich zum Verständnis des Druckprozesses beigetragen hat [Cibis2009], hat Waßmer gezeigt, dass alle passiven Bauelemente mit Hilfe des Inkjetverfahrens gefertigt werden können [Waßmer2011].

Ziel dieser Arbeit ist es, über das bloße Reproduzieren von Bauteilen hinaus diese mit Eigenschaften zu versehen, welche mit dem bisher etablierten Verfahren der Dickschichttechnik, dem Siebdruck, nicht umgesetzt werden können. Dabei stellt die parallele Verarbeitung von mehreren Werkstoffen mit industrieller Drucktechnik ebenso eine Neuerung dar wie die vertikale Integration von gleichartigen und unterschiedlichen Bauelementen ohne Zwischensintern. Weiterhin wird versucht, basierend auf den Eigenschaften des Inkjetverfahrens neue Funktionen zu entwerfen, die mit anderen Fertigungstechnologien nicht oder nur erschwert umzusetzen sind. So wird die von Waßmer bereits gezeigte in situ Mischung von Widerständen [Waßmer2011] weiterentwickelt und für Spulen gezeigt, wie das digitale Druckmuster direkt als Grundlage einer Finiten-Elemente-Berechnung der Induktivität genutzt werden kann.

Neben der Weiterentwicklung und Fertigung von passiven Bauelementen werden auch die dazu benötigten Grundlagen geschaffen. Dazu gehören Untersuchungen in einem breiten Themenspektrum von der Rheologie der Tinten bis zum Sinterverhalten der verwendeten organischen Additive. Der wesentliche Baustein ist hier jedoch eine deutliche Verbesserung der Prozessstabilität durch gezielte Regelung der wichtigsten Prozessparameter. Diese Grundlagen ermöglichen erst das Fertigen von so komplexen Bauelementen wie vertikal integrierten RC-Gliedern.

2 Stand der Technik

Das etablierte Verfahren in der Fertigung keramischer Elektronikschaltungen ist der Siebdruck auf ungesinterte Keramikfolien, sogenannten Tapes, die dann laminiert und gesintert werden. Alternativ dazu kann der Siebdruck auch auf bereits gebrannte Keramiken erfolgen. Aufgrund des Bedarfs physischer Masken und der fehlenden Fähigkeit, auf unebenen Untergrund zu drucken, gibt es Bestrebungen, durch gezielten punktuellen Materialauftrag Schaltungen zu fertigen. Dies wird auch als Direct-Write bezeichnet. Insbesondere der Inkjetdruck, eines dieser Direct-Write-Verfahren, hat in den letzten Jahren enorme Fortschritte gemacht und an Bedeutung gewonnen. Dabei stellt er jedoch nur eine von vielen Direct-Write-Technologien dar und seine Entwicklung muss in deren Kontext gesehen werden.

2.1 Siebdruck

Im Zuge der elektronischen Revolution in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts hat sich der Siebdruck in der Elektronikindustrie etabliert. Aufgrund seiner Fähigkeit, gleichmäßige Schichtdicken aufzutragen, wird er für Kondensatoren, Widerstände und Abschirmflächen, in der Solar- und LCD-Industrie und auch für die Herstellung von Folientastaturen verwandt [Scheer1999].

In der Elektronikindustrie kommen halb- oder vollautomatische Flachbettsiebdruckmaschinen zum Einsatz, bei denen das zu bedruckende ebene Substrat parallel zur gleichfalls ebenen Druckschablone liegt [Scheer1999]. Das Verfahrensprinzip ist in Abbildung 2.1 dargestellt. Die Schablone wird von einem Schablonenträger (dem „Sieb“) im Druckrahmen gehalten und befindet sich über dem Substrat. Auf die Schablone wird eine Paste (im Siebdruck als „Lack“ bezeichnet) aufgetragen. Ein Rakel bewegt sich entlang der Schablone und drückt diese dabei auf das Substrat. An den Stellen, an denen der Schablonenträger nicht von einer Schablone bedeckt ist, drückt das Rakel den Lack durch das Sieb. Aufgrund der gleichmäßigen Dicke des Schablonenträgers entstehen so gleichhohe Pastensäulen, die zu einer Schicht zusammenlaufen, sobald sich nach dem Druckvorgang die Schablone wieder vom Substrat löst [Horwood1974]. Dabei ist die Paste eigentlich zu dickflüssig, um durch das Sieb zu treten, erst durch die rakelinduzierte Umwälzung fällt die Viskosität auf ein Level, dass ein Durchtreten des Siebes ermöglicht [Imanaka2005].

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2.1: Prinzipskizze des Siebdruckverfahrens.

Die die Auflösung des Druckes bestimmende Größe ist dabei die Siebfeinheit, die die Anzahl der Fäden je Zoll angibt [Scheer1999]. In der Elektronikindustrie ist es üblich, Siebe aus Stahldraht mit einer Feinheit von 80 bis 400 zu verwenden [Barlow2007]. Dies ermöglicht eine minimale Linienbreite von etwa 60 µm, aber auch 30 µm sind mit einem entsprechend optimierten Prozess möglich [Numakura2009].

Das Siebdruckverfahren hat zwei wesentliche Nachteile. Erstens ist es ein berührendes Verfahren, was eine gewisse mechanische Unempfindlichkeit des zu bedruckenden Substrates bedingt. Zweitens setzt es als flächiges Verfahren voraus, dass der zu bedruckende Untergrund eben ist. Dementsprechend ist es nicht ohne Weiteres möglich, mehrere verschiedene Schichten übereinander zu drucken, da zum einen durch den mechanischen Druckprozess die bereits gedruckten Strukturen in ihrer Geometrie verändert werden können und zum anderen ein so entstehendes Relief nicht definiert bedruckt werden kann.

Daher ist das Siebdruckverfahren Teil eines deutlich komplexeren Fertigungsprozesses, der benötigt wird, um mehrschichtige Schaltungen (MLCCs) zu erzeugen. Dieser ist in Abbildung 2.2 dargestellt. Zunächst erfolgt (a) das Gießen und Zuschneiden der Tapes. In diese werden dann (b) die gewünschten Hohlräume für Vias (Vertical Interconnect Access) und andere eingebettete Strukturen gestanzt oder mit einem Laser geschnitten. Diese werden dann (c) mit dem gewünschten Werkstoff gefüllt. Anschließend erfolgt mit Hilfe des Siebdruckes die (d) Aufbringung der einzelnen Elemente einer jeden Schicht. Die einzelnen bedruckten Tapes werden dann (e) laminiert. Üblicherweise werden mehrere Schaltungen parallel gefertigt, so dass (f) das Produkt nach dem Sintern separiert wird.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2.2: Produktionsprozess für MLCC-Schaltungen.

Gebräuchlich sind Tapegrößen zwischen drei und acht Zoll Kantenlänge, mit denen Schaltungen mit 6-50 Schichten gefertigt werden [Barlow2007]. Die einzelnen Tapes haben Dicken zwischen 50 und 254 µm [DuPont2001].

Für diesen insgesamt wenig flexiblen Fertigungsprozess muss für jede Schaltung eine Reihe von Druckschablonen vorgehalten werden. Selbst kleine Änderungen am Schaltungsdesign führen bereits dazu, dass einige davon neu zu fertigen sind. Daher ist der Siebdruck besonders für kleine Stückzahlen oder häufige Produktänderungen nicht sehr kosteneffizient.

2.2 Direct-Write elektronischer Bauelemente

Das Fertigen mit Hilfe von Inkjet-Technologie lässt sich in die übergeordnete Gruppe von sogenannten Direct-Write-Technologien einordnen, welche sich wiederum in die additiven Fertigungsprozesse eingliedern lassen. Allen additiven Fertigungstechniken ist gemeinsam, dass das Werkstück durch gezieltes Auftragen von Werkstoff geformt wird. Direct-Write-Technologien grenzen sich dabei durch ihren Fertigungsmaßstab von anderen additiven Verfahren ab.

Als Direct-Write-Technologien bezeichnet man solche Verfahren, bei denen eine freie Formgebung für Strukturen bis 5 mm Größe möglich ist. Dabei muss die Auflösung mindestens einer Dimension feiner als 50 µm sein [Gibson2010]. Jedoch sind die angegebenen Grenzen eher als Größenordnung zu verstehen denn als harter Grenzwert. Auch die freie Formgebung ist nicht gleichbedeutend mit der Fähigkeit, beliebige Formen zu realisieren. Dennoch ermöglicht die den meisten Direct-Write-Verfahren inhärente Fähigkeit, auf nicht ebenen Untergründen Material aufzutragen, das schichtweise Erzeugen beliebiger Reliefs. Ihr Fertigungsmaßstab liegt in der für die Fertigung von elektronischen Bauteilen relevanten Größenordnung, so dass sie eine potentielle Konkurrenz zum etablierten Siebdruck darstellen können. Es ist derzeit noch nicht abzusehen, welches oder welche Gruppe von Verfahren langfristig den Siebdruck ablösen wird, weshalb es nötig ist, den Inkjetdruck in den Kontext dieser Direct-Write-Verfahren zu setzen.

Die Direct-Write-Technologien lassen sich grob in zwei große Gruppen einteilen: In Verfahren, die auf dem Lösen oder Dispergieren des Werkstoffes in einer Tinte oder Paste basieren, und in solche, bei denen erhöhte Prozesstemperaturen verwendet werden, um Änderungen der mechanischen Eigenschaften des Werkstoffes zu erreichen. Außerdem können weitere Direct-Write-Verfahren durch Kombination von Verfahren realisiert werden. Dies betrifft neben dem Gebrauch von gezieltem Materialabtrag auch die Kombination von Direct-Write-Methoden mit anderen Verfahren.

2.2.1 Tintenbasierte Verfahren

Bei diesen Direct-Write-Verfahren befindet sich der zu verarbeitende Werkstoff in einem Trägerfluid. Sie werden daher nach Art dieses Fluides und nach Art der Fluidapplikation unterschieden (Abbildung 2.3). Dabei kann als Fluid eine Flüssigkeit oder ein Gas dienen. In letzterem Fall spricht man von Aerosolverfahren. Bei flüssigen Fluiden, also Tinten im eigentlichem Sinne, kann dieses mechanisch mit einer Feder oder aber berührungslos aufgetragen werden. Je nachdem, ob beim berührungslosen Aufragen die Tinte kontinuierlich oder tröpfchenweise aufgetragen wird, spricht man vom Continuous-Inkjet-Verfahren (CIJ) oder vom Drop-on-Demand-Verfahren (DoD). Beide Verfahren werden üblicherweise unter der Bezeichnung Inkjet zusammengefasst.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2.3: Übersicht über die tintenbasierten Direct-Write-Verfahren.

Bei Aerosolverfahren wird zunächst ein Präkursor erzeugt. Dies ist eine flüssige oder gallertartige Trägersubstanz, die den zu verarbeitenden Werkstoff enthält. Dieser Präkursor wird in einem Strom des Trägergases fein zerstäubt. Es entsteht ein Aerosol, welches dem Verfahren seinen Namen gibt. Die Tröpfchen in diesem Aerosol haben typischerweise Größen zwischen einem und fünf Mikrometer [Gibson2010]. Eine Düse sprüht das Aerosol auf das Substrat. Dabei wird der Aerosolstrahl durch einen Luftstrahl eingehüllt, der für die nötige Fokussierung sorgt. So werden Strukturgrößen ab fünf Mikrometer ermöglicht [Gibson2010].

Aerosolsysteme können sehr große Bandbreiten an Viskositäten verarbeiten und sind auch in der Linienbreite und Schichtdicke sehr flexibel. Dennoch ist der Aerosolprozess technisch aufwendig und stellt hohe Anforderungen an den verwendeten Präkursor. Es wurde bereits gezeigt, dass übliche passive LTCC-Bauelemente (Low Temperature Cofired Ceramics) wie Leiterbahnen und Kondensatorelektroden [Ihle2012] aber auch Widerstände [Swiecinski2013] im Aerosolverfahren gefertigt werden können.

Eine Ausnahme zu den ansonsten berührungslosen tintenbasierten Verfahren bietet die Nanolithographie, die nach dem Prinzip einer Schreibfeder arbeitet. Dazu wird der Cantilever eines Rasterkraftmikroskops in eine speziell formulierte Tinte getaucht, welche dann entlang der Cantileverbahn eine Spur hinterlässt. Eine Besonderheit dieses Verfahrens ist sein Maßstab, welcher Strukturierungen in Größenordnungen zwischen einem und einhundert Nanometer ermöglicht [Salaita2007]. Durch die extrem feine Auflösung im molekularen Bereich ist dieses Verfahren besonders in der Biotechnologie von Bedeutung. Die Möglichkeit, auf Silizium- oder Galliumarsenidoberflächen zu schreiben, macht es auch für die Halbleiterindustrie interessant [Ivanisevic2001].

Beim Continuous-Inkjet-Verfahren wird ein permanenter Tintenstrahl erzeugt und zur Aufbringung des Werkstoffes genutzt. Dabei sind je nach System sehr große Viskositätsunterschiede möglich. So sind in der Kennzeichnung von Verpackungen CIJ-Drucker mit sehr dünnflüssigen Tinten üblich, um hohe Verarbeitungsgeschwindigkeiten von mehreren Metern je Sekunde zu realisieren [Leibinger2013]. Andere CIJ-Systeme ermöglichen die Verarbeitung hochviskoser Pasten, die die Erzeugung extrem großer Aspektverhältnisse (bis 20:1) und sogar von Hohlkörpern ermöglichen [Chen2013]. Auch wenn das Verfahren prinzipiell recht einfach ist und auf unebenen Untergründen drucken kann, so ist gerade bei hochviskosen Tinten eine genaue Kenntnis des Oberflächenreliefs notwendig, um einen definierten Abstand zwischen Düse und Substrat zu halten.

Beim Drop-on-Demand-Verfahren werden einzelne Tropfen erzeugt, die an eine definierte Stelle gedruckt werden. Dazu wird die Tinte, die sich in einem Düsenkanal befindet, mechanisch angeregt, so dass sich ein Tropfen bildet. Diese Anregung erfolgt in der Regel über einen Piezoaktor. Es gibt mittlerweile eine Vielzahl von Herstellern, die Drucktechnik und Tinten für Industrie und Forschung anbieten. Die großen Stärken der DoD-Technik sind die hohen Fertigungsgeschwindigkeiten, die durch Multidüsensysteme realisierbar sind, in Verbindung mit einfacher Skalierbarkeit, welche sich aus dem Gebrauch mehrerer Druckköpfe ergibt. Auch wenn üblicherweise ein Druckkopf nur ein Material verdruckt, so ist es doch möglich, über den Gebrauch mehrerer Druckköpfe in der gleichen Bauelementebene verschiedene Materialien zu verdrucken [Waßmer2011, Dossou-Yovo2012, Jeschke2012a].

2.2.2 Thermische Verfahren

Bei dieser Gruppe von Verfahren wird das zu verarbeitende Material erhitzt, um durch Reaktion zum gewünschten Werkstoff zu werden oder um einen für die Verarbeitung geeigneten Aggregatzustand zu erreichen. Dabei wird nach Art der thermischen Quelle unterschieden und danach, ob bereits der finale Werkstoff oder Reaktanten, die später zum Zielwerkstoff reagieren (Abbildung 2.4), erhitzt werden. Liegt der Zielwerkstoff direkt vor, so kann dieser durch das direkte Richten eines Hitzestrahles auf das Substrat aufgetragen werden (sog. thermal Spraying) oder durch das lokale Erhitzen eines Trägermaterials, dass den Werkstoff abgibt (Lasertransfer). Liegen statt des Werkstoffes dessen Reaktanten vor, so können diese Teile einer gasförmigen (CVD – Chemical Vapor Deposition) oder flüssigen (LPDD – Liquid-Phase Direct Deposition) Phase sein.

Beim thermal Spraying wird ein heißer Strahl direkt auf das Substrat gerichtet. In diesen Strahl wird entweder ein Draht oder der Werkstoff in Pulverform geführt, so dass ein Bestrahlen mit dem Werkstoff stattfindet. Als Quelle für den Strahl kann ein Plasmabrenner oder eine Flamme dienen, so dass zwischen Plasmaspray und Flame-Spraying unterschieden wird. Während beim Plasmaspray der Werkstoff aufgrund der herrschenden Temperaturen bis zur Plasmaphase erhitzt werden kann, liegt beim Flame-Spraying der Werkstoff als Dampf oder in Tröpfchenform vor. Von entscheidender Bedeutung beim thermal Spraying ist, dass der Werkstoff nicht nur erhitzt, sondern auch erheblich beschleunigt wird, was erst ein gezieltes Bestrahlen des Substrates ermöglicht. Ursprünglich stammt diese Technologie aus der Oberflächentechnik. Der Einsatz einer mechanischen Apertur ermöglicht jedoch Auflösungen, die den Direct-Write-Einsatz erlauben [USPD2003]. Es ist zudem möglich, mehrschichtige Elemente zu fertigen. So wurden mit thermal Sprays bereits erfolgreich Temperaturfühler, Dehnungsmessstreifen, Antennen und andere Bauteile für robuste Anwendungen gefertigt [Gibson2010].

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2.4: Übersicht über die thermischen Direct-Write-Verfahren.

Im Gegensatz zum thermal Spraying wird beim Lasertransfer nicht das Substrat direkt erhitzt. Stattdessen wird ein Spendersubstrat durch einen Laser erhitzt, welches dann den Werkstoff an das Substrat abgibt. Zur Übertragung sind mehrere Mechanismen möglich. Entweder wird durch ein transparentes Spendersubstrat der Werkstoff oder ein Opfermaterial direkt erhitzt, so dass durch die Verdampfungsexpansion Teile des Werkstoffes gelöst und beschleunigt werden. Alternativ kann das Spendersubstrat auch intransparent sein, so dass es an der dem Ziel abgewandten Seite verdampft und so Druckwellen aussendet, die wiederum zur Applikation des Werkstoffes führen. Mit Lasertransfer lassen sich Strukturgrößen im 1-µm-Bereich realisieren [Mills2012]. Eine Vielzahl von Werkstoffen für Sensoren und elektronische Bauelemente ist mit Lasertransfer applizierbar [Pique2000].

Bei der Chemical Vapor Deposition wird ein gasförmiger Präkursor benutzt, der mit Hilfe von thermischer Energie gezielt auf dem Substrat zur Reaktion gebracht wird, so dass der feste Werkstoff ausfällt. Dabei wird unterschieden, auf welche Art die Zuführung thermischer Energie erfolgt. Gebräuchlich ist der Einsatz von Lasern, Ionen- oder Elektronenstrahlen. Während die Laser-CVD (LCVD) sehr schnell ist, aber eine begrenzte Auflösung hat, ermöglichen Ionen-CVD und Elektronen-CVD eine feinere Auflösung auf Kosten der Geschwindigkeit [Gibson2012].

Auch bei flüssigen oder in Flüssigkeiten gelösten Reaktanten kann elektrische oder thermische Energie genutzt werden, um gezielt einen Feststoff auszufällen. Entsprechend werden nach Art der Energiequelle Thermochemical Liquid Deposition (TCLD) und Electrochemical Liquid Deposition (ECLD) unterschieden. Bei der TCLD wird dabei das Substrat so stark erhitzt, dass es im gezielt aufgesprühten Fluid zu einer Reaktion kommt [He2000]. Bei der ECLD wird das Substrat in ein flaches Bad getaucht. Ein Draht mit dem aufzubringenden Material dient als Elektrode, in deren Umgebung sich galvanisch Material am Substrat anlagert [He2000].

2.2.3 Verfahrenskombinationen

Neben den bisher vorgestellten Verfahren gibt es noch eine Vielzahl von Verfahrenskombinationen, die Direct-Write ermöglichen. Dabei können drei Kategorien von Verfahren unterschieden werden (Abbildung 2.5). Die erste Kategorie kombiniert additive und subtraktive Methoden, um Strukturen durch Materialauf- und -abtrag zu erzeugen. Die zweite Kategorie nutzt bereits erläuterte Direct-Write-Verfahren, ergänzt diese aber um weitere Prozessschritte oder Verfahren. Schließlich gibt es noch die Ausführung von bestehenden Direct-Write-Verfahren in einer noch nicht fixierten Materialschicht, die den Materialauftrag im Prozess enorm erhöht.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2.5: Übersicht über kombinierte Direct-Write-Verfahren.

In der bereits vorgestellten CVD-Technik (Kapitel 2.2.2) wird ein Laser, Ionen- oder Elektronenstrahl genutzt, um eine gezielte Feststoffausfällung zu erreichen. Diese Energiequellen können ohne die entsprechenden Reaktanten auch dazu genutzt werden, um gezielt Material abzutragen. Dabei wird das Material lokal erhitzt, so dass es abplatzt oder verdampft. Beispielsweise können so mit einem Laser Vertiefungen in Polymerleiterplatten geschnitten werden, die dann mit additiven Lasertechniken gefüllt werden [Pique2006].

Weiterhin können bestehende Direct-Write-Verfahren durch zusätzliche Prozessschritte optimiert werden. So können tintenbasierte Ansätze wie Aerosol- und Inkjetverfahren mit einem Laser kombiniert werden, der nach dem Drucken die Strukturen trimmt [Gibson2010, Endo2012]. Auch Kombinationen mit additiven Verfahren sind denkbar. So kann durch den Einsatz von Inkjetverfahren ein Direktormaterial aufgebracht werden, das im folgenden Prozessschritt den Auftrag durch Atomic Layer Deposition (ALD) an den entsprechenden Stellen verhindert [Ellinger2012].

Generell gibt es Ansätze, den Materialauftrag additiver Verfahren deutlich zu erhöhen, indem bei thermischen Verfahren mit Umsetzung von Reaktanten diese nicht nur an der Stelle des Auftrages appliziert werden, sondern sich bereits eine Materialschicht auf dem gesamten Substrat befindet [Gibson2010]. So lassen sich die ECLD und die LCVD enorm verbessern, da die ausgefällte Materialmenge nur als Binder dient, das addierte Volumen aber deutlich über dem reinen Durchsatz des Applikators liegt.

Außerdem können Direct-Write-Methoden auch selbst als assistierendes Verfahren benutzt werden. So können eingebettete Widerstände, in Ergänzung zum üblichen Lasertrimmen, durch gezieltes Auftragen zusätzlichen Materials mittels des Inkjetverfahrens präzise eingestellt werden [Shah2002].

2.3 Inkjetfertigung elektronischer Baulelemente

Seit Lord Kelvins elektrostatischem Morseschreiber von 1858 hat die Technologie zur gezielten berührungslosen Applikation von Flüssigkeiten eine lange Entwicklung vollzogen, die in die moderne Inkjettechnik mündet. Lange Zeit eine etablierte Technologie für Grafikanwendung, dient dieses Verfahren heute auch der Herstellung von Prototypen, Produkten und menschlichen Organen [Cahill2010]. Dem zunehmenden Trend zur Digitalisierung kann sich auch die Elektronikfertigung nicht entziehen und so bieten Inkjetverfahren die Möglichkeit, ohne analogen Zwischenschritt digitale Vorlagen direkt umzusetzen.

2.3.1 Drucktechnik

Mittlerweile bieten viele Hersteller Druckköpfe und Systeme an, die für den industriellen Einsatz und speziell für Elektronikanwendungen geeignet sind. In diesem Anwendungsgebiet haben sich bis auf wenige Ausnahmen DoD-Druckköpfe mit mechanischer Anregung durch einen piezoelektrischen Aktor durchgesetzt. Dabei gibt es Trends sowohl zu immer größerer Düsenzahl, als auch zu steigender chemischer Beständigkeit. Außerdem zeichnet sich eine gegenseitige Bedingung aus flexibleren Fertigungsmöglichkeiten und der daraus resultierenden verbesserten Fertigung von Produktionsmitteln ab. So nutzen immer mehr Druckkopfhersteller MEMS-Prozesse (Micro-Electro-Mechanical Systems) aus der Leiterplattentechnik zur Herstellung von Druckköpfen, welche wiederum zur Fertigung von Elektronik genutzt werden [Cahill2010]. Der folgende Überblick ist ein Auszug aus der großen Bandbreite von Herstellern und Produkten, der einen Eindruck gibt, welche Fähigkeiten und Technologien kommerzielle Hersteller derzeit anbieten.

Während die meisten Druckkopfhersteller aus dem Grafikbereich kommen, ist die Trident Inc. von Anfang an ein Druckkopfhersteller für fertigungsnahe Anwendungen gewesen. Dessen Druckköpfe sind mit 64 dpi zwar nicht sehr fein, zeichnen sich jedoch durch ihre Robustheit und einfache Wartung aus. Aufgrund ihrer industriellen Herkunft sind diese Druckköpfe chemisch sehr beständig. Die aktuelle Druckkopfgeneration besitzt eine höhere Anzahl von Düsen je Druckkanal, um so bei gleicher Auflösung die Prozessgeschwindigkeiten zu erhöhen [Trident2013]. Diese Druckköpfe finden vermehrt in der Solarindustrie Anwendung.

Die Xaar Public Limited Company ist ursprünglich ein Hersteller von Grafikdruckköpfen. Durch diese Herkunft erben viele Produktlinien die Fähigkeit, definierte Graustufen zu erzeugen, die sich in unterschiedlich großen Tropfen äußern. Aufgrund der großflächigen Anwendungen im Bereich des Plakatedruckes sind Xaar-Druckköpfe tauglich für einfache Parallelisierung und große industrielle Maßstäbe. Über den Umweg des grafischen Bedruckens von Keramiken, wie etwa Fliesen, haben Xaar-Druckköpfe Einzug in die Fertigung keramischer Elektronik gehalten. Dies gilt insbesondere für den Xaar HSS 1001, der sich durch seine Fähigkeit auszeichnet, Tinte zur Partikelstabilisierung zirkulieren zu lassen. Von den Fähigkeiten wie Auflösung, Graustufenzahl und Zirkulation vergleichbar ist die KM1024-Serie der Konica-Minolta Inc. Beide Hersteller liefern außerdem Steuergeräte zur einfachen Parallelisierung mehrerer Druckköpfe.

Parallel zu den Druckköpfen hat sich eine Industrie entwickelt, die entsprechende Drucksysteme anbietet. Das Drucksystem hat dabei neben dem Verfahren des Druckkopfes und dessen Versorgung mit Tinte im Laufe der letzten Jahre immer mehr Aufgaben übernommen. So bietet die Xennia Technology Ltd., die Drucksysteme für viele Branchen liefert, automatische Substratausrichtungen und UV-Stationen zur Nachbehandlung an [Xennia2013]. Die Ceradrop SA ist ein Hersteller, der sich auf Drucksysteme zur Elektronikfertigung spezialisiert hat. Um die dort herrschenden hohen Anforderungen an die Zuverlässigkeit des Fertigungsprozesses zu erfüllen, hat Ceradrop ein System entwickelt, das einzelne ausgefallene Düsen erkennt und diese aus dem Fertigungsprozess ausblenden kann. Andere funktionierende Düsen übernehmen dann deren Aufgabe [Dossou-Yovo2012, Ceradrop2013]. Ceradrop bietet ebenso wie z. B. die Roth & Rau AG neben industrieller Hardware auch Systeme für die Forschung und Entwicklung an, die insgesamt kleiner sind und in manchen Fällen über eine offene Architektur verfügen [Roth&Rau2013].

Während die Drucksysteme der meisten Hersteller prinzipiell mit allen gängigen Druckköpfen kompatibel sind, bietet die mittlerweile zur Fujifilm-Corporation gehörende Dimatix Inc. Drucksysteme mit zugehörigem Druckkopf an. Speziell für das Verdrucken von Werkstoffen wurden dafür sowohl Einweg- als auch Mehrwegdruckköpfe entwickelt.

2.3.2 Inkjetgefertigte Strukturen

Der Inkjetdruck hat in den letzten Jahren in die Fertigung verschiedener elektronischer Anwendungen Einzug gehalten. Besonders im Bereich der organischen und polymerbasierten Elektronik hat sich der Inkjetdruck als kostengünstige und umfassende Fertigungsmethode für große Flächen mit hoher Auflösung etabliert [Yin2010].

Nachdem sich die Inkjettechnik bereits früh für die Fertigung von organischen Leuchtdioden (OLEDs) als geeignet erwiesen hat [Chang1999], wird mittlerweile eine Vielzahl von organischen elektronischen Komponenten inkjetgefertigt. Mit der Fertigung von OLEDs einher ging deren Beschaltung, so dass auch Leiterbahnen, die bei niedrigen Temperaturen zu sintern sind, Stand der Technik sind [Ramakrishnan2011]. Darauf basierend können einfache Energiespeicher wie Spulen [Bidoki2010], Interdigitalkondensatoren [Bidoki2010] und RFID-Antennen [Koski2011] mit der gleichen Technologie umgesetzt werden. Die Fähigkeit, ohne hohe Sintertemperaturen Leitfähigkeit herzustellen, ist dabei essentiell, um organische Schaltungsbestandteile, die meist sehr temperaturempfindlich sind, nicht zu beschädigen.

Darüber hinaus gibt es organische passive Bauelemente, insbesondere Widerstände und Kondensatoren. Über die prinzipielle Möglichkeit, Widerstände zu drucken, hinaus können widerstandsbasierte Sensoren [Lee2011] und Widerstandswerte über fünf Dekaden [Jung2013] gefertigt werden. Es ist zudem möglich, sowohl mehrschichtige Plattenkondensatoren [Cook2013] als auch elektrochemische Kondensatoren mit enormen spezifischen Kapazitäten von 2,1 mF/cm-² [Pech2009] zu realisieren. Weiterhin existiert die Möglichkeit, beim Druck dielektrischer Schichten durch Auslassung einfache Vias zu erzeugen, was der vertikalen Integration von Bauelementen dient [Mengel2009].

Neben passiven Elementen können auch organische Transistoren (TFTs [Burns2003] und OFETs [Baeg2013]) zusammen mit ihrer Kontaktierung und Beschaltung mit Hilfe des Inkjetverfahrens gefertigt werden. Weitere Anwendungen sind chemische Sensoren [Neri2011] und auch organische Solarzellen [Neophytou2012].

Neben den dominierenden organischen Anwendungen existiert auch eine Vielzahl anorganischer elektronischer Bauelemente, die ebenfalls im Inkjetverfahren gefertigt werden können. Dazu zählen Leuchtmittel, Leiterbahnen, passive Bauelemente und andere Applikationen. Neben klassischen LEDs (Light Emitting Diode), die mit Hilfe des Inkjetprozesses zu pH-Sensoren umfunktionalisiert werden können [O’Toole2009], eignet sich das Inkjetverfahren auch zur Fertigung der neuartigen QLEDs (Quantum dot Light Emitting Diodes) [Haverinen2010]. Die Möglichkeit des Druckes von Leiterbahnen ist bereits seit längerem bekannt [Fuller2000, Nur2002, Cibis2005, Currle2006]. Basierend auf dieser Fähigkeit können z. B. Phasenschieber realisiert werden [Friederich2013]. Auch für die Kontaktierung von Solarzellen ist der Inkjetdruck geeignet [Shin2012, Platt2012].

Ein weiteres Teilgebiet anorganischer Anwendungen sind die keramischen Anwendungen. Diese umfassen neben besonderen Applikationen, wie der Fertigung von Brennstoffzellen [Tomov2010] oder Piezokeramiken [Rathjen2013], auch passive Elemente aus der LTCC-Technik, also Widerstände, Kondensatoren und Spulen. Die Inkjetfertigung von Widerständen hat von der prinzipiellen Machbarkeit [Cibis2009] über die Dimensionierung anhand der Schichtenzahl [Waßmer2010a] bis zu Ansätzen der in situ Mischung [Waßmer2011] große Fortschritte gemacht. Für Bauelemente aus mehreren Werkstoffen wie Plattenkondensatoren [Waßmer2009] und in Ferrite eingebettete Spulen [Waßmer2010b] wurde die prinzipielle Umsetzbarkeit gezeigt. Neben der Möglichkeit, keramische und metallische Werkstoffe zu kombinieren, kommen auch Kombinationen keramischer Werkstoffe zum Einsatz, um beispielsweise Materialien mit variablen dielektrischen Konstanten zu realisieren [Diel2011].

Auch bei der anorganischen Elektronik ist ein beginnender Übergang von einzelnen Bauelementen hin zu komplexen Schaltungen erkennbar. Dazu gehören beispielsweise kombinierte Feuchtigkeits- und Temperatursensoren mit integrierter Wärmekompensation [Molina-Lopez2013], aber auch Integrationskomponenten wie Durchkontaktierungen (TSVs) [Rathjen2012] oder Microbumps [Brand2012].

3 Prozessregelung

Um reproduzierbar und zuverlässig im Inkjetverfahren elektronische Bauelemente zu fertigen, ist es notwendig, die relevanten Prozessgrößen zu identifizieren und konstant zu halten. Ohne eine geeignete Prozessregelung führen Schwankungen des Systemzustandes zu einem variierenden Materialauftrag. Nur mit einem reproduzierbaren Materialauftrag ist das Drucken definierter Strukturen möglich. Daher ist besonderer Wert auf die Regelung der relevanten Prozessgrößen zu legen.

Wie in früheren Modellen der Tropfenbildung bereits gezeigt wurde, hängen wesentliche Eigenschaften des Tropfens, wie dessen kinetische Energie und dessen Volumen, neben geometrischen Größen des Druckkopfes und elektrischen Größen des Piezosignales, auch vom statischen Druck der Tinte sowie von deren rheologischen Eigenschaften ab [Cibis2008]. Damit ist es sowohl für eine geeignete Reproduzierbarkeit als auch für eine geringe prozessbedingte Streuung notwendig, diese Einflussgrößen konstant zu halten. Dabei bezieht sich die Reproduzierbarkeit auf eine Gleichheit von Prozessgrößen in verschiedenen Versuchsdurchführungen, während die Prozessstreuung die Varianz einer Prozessgröße über den Zeitraum einer Versuchsdurchführung beschreibt. Die geometrischen Größen des Druckkopfes und dessen elektrische Anregung sind zeitinvariant. Damit bleiben die rheologischen Eigenschaften der Tinte sowie deren statischer Druck als zu regelnde Prozessgrößen. Nur wenn diese Größen auf einen definierten Sollwert geregelt werden, ist es überhaupt möglich, die Eigenschaften des Tropfens zu reproduzieren. Dies wiederum ist eine grundlegende Voraussetzung für den reproduzierbaren Druck von elektrisch funktionalen Strukturen.

Die Konstanz der Prozessgrößen lässt sich nur dann über die Regelung von Prozessparametern gewährleisten, wenn vorausgesetzt wird, dass die Tinte ein zeitinvariantes System ist. Das bedeutet, dass die Abhängigkeit der rheologischen Eigenschaften der Tinte von den Umgebungsbedingen als Funktion unverändert bleibt. Die Tinte muss also bei den gleichen Umgebungsbedingungen (insbesondere der Temperatur) zu verschiedenen Zeitpunkten die gleichen rheologischen Eigenschaften haben. Dazu muss die Tinte chemisch und mechanisch stabil sein, so dass weder chemische Reaktionen noch mechanische Effekte wie Partikelsedimentation zu einer Veränderung des Tintenverhaltens führen.

Im einfachsten Fall wird also dafür Sorge zu tragen sein, dass die Prozessgrößen konstant sind. Besser noch ist es, den Sollwert vorgeben zu können, um so gezielt Einfluss auf die Prozessführung zu nehmen. Daher wird zunächst untersucht, welche Parameter zu regeln sind, um die Einflussgrößen auf die Tropfenbildung direkt oder indirekt einstellen zu können. Anschließend wird das Drucksystem mit Sensoren, Aktoren und Reglern ausgerüstet, um diese Parameter manipulieren zu können.

3.1 Anlagenentwurf

Um ein Tintenmanagementsystem zu entwerfen, welches ein reproduzierbares Druckverhalten ermöglicht, sind zunächst die Zustandsgrößen zu identifizieren, die zu regeln sind. Diese sind mit einem Sensor zu versehen. Basierend darauf sind geeignete Stellgrößen zu ermitteln, die über einen Aktor beeinflusst werden können. Die für die Regelung benötigten Aktoren und Sensoren sind gemeinsam mit den für die Tintenversorgung und Stabilisierung benötigten Komponenten zu einem Tintenmanagementsystem zu integrieren. Das bedeutet, dass zusätzlich zur Regelung der Prozessgrößen auch fundamentale Aufgaben wie das Bereithalten eines Tintenvorrates in einem Reservoir und die Zirkulation der Tinte zum Zwecke der mechanischen Stabilisierung erfüllt werden müssen.

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