Thermosets

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  • EU-Projekt MULTIPOL

    in Kooperation mit dem LS Polymermaterialien der BTU Cottbus – Senftenberg

     

    Reaktionen von Monomeren und Polymeren (Vinyl- oder Acrylat-Polymere, Polymere die Perfluorvinyliden-Gruppen enthalten) mit dem Intermediat III zur Modifizierung des Parylens. Einkapselung von Flüssigkristallmischungen mit Hilfe des Parylens. Entwicklung multifunktionaler Polymere aufbauend auf dem SOLID-Prozess

     

    SOLID-Prozess

    Abscheidung (Filmbildung) des Polymers Parylen auf ein flüssiges Substrat

     

    Chemie

    Reaktionen von Monomeren und Polymeren (Vinyl- oder Acrylat-Polymere, Polymere die Perfluorvinyliden-Gruppen enthalten) mit dem Intermediat III zur Modifizierung des Parylens. Einkapselung von Flüssigkristallmischungen mit Hilfe des Parylens.

     

    Charakterisierung

    FT-IR-ATR-Spektroskopie, NIR-Spektroskopie, Raman-Spektroskopie, UV-VIS-Spektroskopie, Brechungsindexbestimmung

     

    Anwendungsgebiete

    polymerbasierte Bedienungselemente, optische Wellenleiter, organische Transistoren (OFET), organische Leuchtdioden (OLED, PLED), flexible Displays, organische Solarzellen

     

  • Polymerbasierte optische Wellenleiter

    Monomodale optische Polymerwellenleiter auf Basis verschiedener Polymerklassen wurden für Telekommunikationsanwendungen in den Wellenlängenbereichen 830, 1300 und 1550 nm entwickelt. Die Schichtherstellung erfolgte durch Spincoating von Prepolymerlösungen, wobei der Brechungsindexkontrast Δn=0.008 ... 0.020 zwischen Cladding und Wellenleiter durch Einsatz speziell designter Copolymere erreicht wurde.
    Wellenleiterstrukturen wurden durch Photolithographie und anschließendes reaktives Ionenätzen (RIE) erhalten. Dabei zeichnen sich die entwickelten Polymersyteme durch sehr gut reproduzierbare Prozesseigenschaften aus. Die Absorption der Wellenleitermaterialien konnte im kritischen Bereich um 1550 nm auf unter 0,3 dB/cm gesenkt werden. Für die Bereiche um 830 und 1300 nm sind die Absorptionen deutlich geringer. Funktionsfähige Prototypen integrierter optischer Bauelemente wurden in Kooperation mit dem Heinrich-Hertz-Institut für Nachrichtentechnik Berlin entwickelt. Die Ergebnisse sind patentrechtlich abgesichert.

     

    Materialklassen

    In Abhängigkeit von den jeweiligen integrierten optischen Bauelementen und dem relevanten Wellenlängenbereich, finden unterschiedliche Polymere Anwendung:

    • Fluorierte oder unfluorierte Polyacrylate
    • Polycyanurate
    • Neue Triazinhaltige Polymere (z.B. Triazinacrylate)
    • Perfluorcyclobutanpolymere (PFCB)
    • PFCB-Polycyanurat-Hybridpolymere

     

    Anwendungsfelder

    Integrierte Optik, Optoelektronik, Lichtwellenleiter im automotive Bereich

     

    Referenzen und Kooperationen

    Die Arbeiten wurden durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung unter dem Förderkennzeichen 01BP151 gefördert und in enger Zusammenarbeit mit dem Heinrich-Hertz-Institut für Nachrichtentechnik Berlin durchgeführt.

     

    Veröffentlichungen (Auszug)

    N. Keil, H. H. Yao, C. Zawadzki, F. Beyer, O. Radmer, M. Bauer, C. Dreyer: Super Compact Optical Add-drop Multiplexer (OADM) for FTTH Applications Based on Low Loss Polymer Waveguide Materials, Electronic Letters 41(4), p. 186–188 (2005)

    C. Dreyer, J. Schneider, M. Bauer, N. Keil, C. Zawadzki, H. H. Yao, O. Radmer: New Triazine Containing Fluoropolymers and Applications, Fluoropolymer 2004, Current Frontiers and Future Trends, 6–9.10.2004, Savannah, GA (USA), Conf. Dig. 2004, Presentation 20.

    C. Dreyer, J. Schneider, M. Bauer, N. Keil, H. H. Yao, C. Zawadzki: Synthesis, Processing and Characterization of New High-Performance Polymers for Use in Integrated Optics, 3rd International IEEE Conference on Polymers and Adhesives in Microelectronics and Photonics, Polytronic 2003, Conf. Proc., p. 219–224 (2003)

    C. Dreyer, M. Bauer, J. Schneider, J. Bauer, N. Keil, H. H. Yao, C. Zawadzki: Polymere für Anwendungen in der optischen Nachrichtentechnik – Eine Möglichkeit zur Steigerung der Effizienz des Internet, Forum der Forschung, Wissenschaftsmagazin der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus 13, p. 26–31 (2002)

  • Polymere als low-k Dielektrika

    in Kooperation mit dem LS Polymermaterialien der BTU Cottbus – Senftenberg

     

    Die Miniaturisierung mikroelektronischer Bauteile erfordert die Entwicklung neuer Isolierschichten mit niedriger Dielektrizitätskonstante von k < 4 (low-k-Dielektrika), wobei sogenannte ultra-low-k-Materialien mit einem k < 2.4 angestrebt werden. Prinzipiell gibt es zwei Wege zur Verringerung der Dielektrizitätskonstante

    • Senkung der Polarisierbarkeit (Dipolstärke) durch Verwendung von Substanzen mit wenig polaren Bindungen wie C-C, C-H, Si-F und Si-C Bindungen 
    • Senkung der Materialdichte (Dipoldichte) durch Schaffung von freiem Volumen und/oder Ausbildung lokal begrenzter Poren

     

    Ziel der Materialentwicklung ist die Entwicklung neuartiger, low-k-Polymermaterialien mit größerem freiem Volumen auf Basis von Polycyanurat- und Perfluorcyclobutan(PFCB)-Polymeren. Diese neuartigen low-k-Polymere werden durch den Einbau von sperrigen monofunktionellen Strukturelementen in das Polymer zur Erhöhung des freien Volumens ohne Erzeugung von Poren hergestellt, um die für poröse Materialien beschriebenen Integrationsprobleme bei der Prozessierung zu umgehen.

     

    Ergebnis

    Die Dielektrizitätskonstante konnte für ein Polycyanurat-Copolymer mit einem hohen Anteil an monofunktionellen Bausteinen auf bisher k = 2.51 gesenkt werden. Die guten mechanischen und thermischen Eigenschaften der Polycyanurate blieben erhalten. Die derzeitigen industriellen Anforderungen an low-k Materialien hinsichtlich Leckstromdichte (< 10-9 A/cm) und Durchbruchfeldstärke EBD (> 3 MV/cm) wurden erfüllt. Weiterhin wurde eine adaptierte Prozessfolge zur Strukturierung entwickelt und erfolgreich auf das Basispolymer appliziert. Diese Ergebnisse bilden eine viel versprechende Grundlage für die erfolgreiche Integration in eine Kupfermetallisierung.

     

    Referenzen

    Dieses Projekt (1.7.2002 – 31.12.2006) wird von der DFG (BA 1168/10–1) gefördert und in Kooperation mit dem Lehrstuhl Mikrotechnologie der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik der TU Chemnitz durchgeführt.

     

    Veröffentlichungen

    K. Schulze, U. Schuldt, O. Kahle, S. E. Schulz, M. Uhlig, C. Uhlig, C. Dreyer, M. Bauer, T. Gessner: Novel Low-k Polycyanurates for Integrated Circuit (IC) Metallization, Microelectronics Engineering 82 (3-4), p. 356-361 (2005)

    C. Dreyer, J. Schneider, N. Keil, C. Zawadzki, H. H. Yao, U. Schuldt, K. Schulze, O. Kahle, S. E. Schulz, M. Uhlig, C. Uhlig, C. Boeffel, T. Gessener, M. Bauer: Material Development for Integrated Optics, Microelectronics and Display-Technology - Selected Examples, MicroSystem Technologies 2005, H. Reichl (ed.), ISBN 3-7723-7040-3, p. 455-462 (2005)

    C. Dreyer, M. Bauer, J. Schneider, C. Boeffel, O. Kahle, C. Uhlig, U. Schuldt, N. Keil, H. H. Yao, C. Zawadzki: Fluorinated Polymers for High-Performance Applications, Science for Innovation, Brüssel (B), 04./05.10.2005

    K. Schulze, U. Schuldt, O. Kahle, S. E. Schulz, M. Uhlig, C. Uhlig, C. Dreyer, M. Bauer, T. Gessner: Polycyanurates – A Low-k Material Approach, European Congress on Advanced Materials and Processes EUROMAT, Prag (CZ), 5.-8.9.2005

  • Druckfähige Funktionspolymere

    in Kooperation mit dem LS Polymermaterialien der BTU Cottbus - Senftenberg

     

    Im Projekt PEP (Polymer Electronic Printing - Neue Druckverfahrenstechnologie für die industrielle Herstellung von Polymerelektronik) soll ein neues Druckverfahren entwickelt werden, das für eine industrielle Fertigung von Polymerelektronikprodukten, insbesondere oFET-Anwendungen, geeignet ist. Die neue Drucktechnologie hat das Ziel, auf Basis bekannter Massendruckverfahren eine großtechnische industrielle Herstellung zu ermöglichen. Wegen der fundamental andersartigen Anforderungen der Polymerelektronik an das Endprodukt im Vergleich zum bekannten Qualitätsdruckprodukt, das der visuellen Information dient, sind in vielen Parametern um Größenordnungen andere Eigenschaften zu erzeugen. Hierbei handelt es sich beispielsweise um feinere Strukturen (Mikrometerbereich) sowie dünnere, gleichmäßige Schichtdicken (100 nm), die zusätzlich mit einem Passregister von 10 µm übereinander gedruckt werden müssen, um definierte elektrische Zustände zu erhalten. Der Vorteil gedruckter Polymerschaltungen gegenüber der klassischen Siliziumtechnologie ist im angestrebten Preis und dem flexiblen Substrat zu sehen. Hinsichtlich des Preises werden um Größenordnungen günstigere Produktionskosten angestrebt, womit die Aussicht auf ganz neuartige Anwendungen dieser Billig-Elektronik besteht. Allerdings ist die Leistungsfähigkeit dieser Elektronik wesentlich geringer als bei Siliziumelektronik.

     

    Ziel Teilprojekt

    Ziel ist die Entwicklung von Formulierungen für die einzelnen elektronisch aktiven Materialien, die möglichst mit bestehenden Drucktechnologien verarbeitbar sind, unter weitgehender Beibehaltung der charakteristischen elektronischen Eigenschaften des Materials in der gedruckten Schicht.

     

    Referenzen

    Das Projekt wird zusammen mit folgenden Projekt- bzw. Monitoringpartnern durchgeführt

    • Institut für Print- und Medientechnik der TU Chemnitz, Lehrstuhl Printmedientechnik,
    • Institut für Chemie der Universität Potsdam, Lehrstuhl für Polymerchemie,
    • Institut für Physik der Universität Potsdam, Lehrstuhl für Experimentalphysik,
    • Siemens AG, Bereich Innovative Elektronik,
    • MAN Roland Druckmaschinen AG, Bereich Forschung und Entwicklung

     

    Das Projekt (1.1.2002 – 31.12.2004) wurde vom BMBF unterstüzt (FKZ: 01 BI 156).

  • Ganzheitliche Materialkonzepte und Systemlösungen für Mechatronic-Anwendungen

    in Kooperation mit dem LS Polymermaterialien der BTU Cottbus – Senftenberg

     

    Prinzip

    Im Rahmen des Teilprojektes O sollen optische Module entwickelt werden, die in einem spritzgegossenen Gehäuseteil Multimode-Lichtwellenleiter in 2K-Spritzguß mit nachfolgender Laserstrukturierung und in Form optischer Folien integrieren. Damit werden die Vorteile spritzgegossener Schaltungsträger und der optischen Datenübertragung verbunden und kostengünstige Baugruppen mit hoher Leistungsdichte und geringer elektromagnetischer Störanfälligkeit hergestellt. Die Lichtwellenleiter sollen den thermischen Belastungen beim Umspritzen standhalten (Tmax = 250°C) sowie eine optische Dämpfung < 0,5 dB/cm und einen Brechungsindex im Bereich 1,50 – 1,65 aufweisen. Deshalb sind Polymermaterialien zu entwickeln und zu charakterisieren, die, auf der Grundlage preiswerter handelsüblicher Ausgangsstoffe, die hohen optischen und thermischen Anforderungen gleichermaßen erfüllen.

     

    Anwendungsfelder

    Die Ergebnisse der Materialentwicklung im Teilprojekt O fließen in das Projekt »Mechatronic« ein.

     

    Referenzen

    Die Arbeiten (1.1.2001 – 28.2.2005) wurden im Rahmen des BMBF-Verbundprojekts N 1223 »Mechatronic« gemeinsam mit der Siemens AG und dem Bayerischen Laserzentrum GmbH durchgeführt.

  • Cyanatester Harzsysteme für Snap-Cure Anwendungen

    Reaktivharzsysteme aus Cyanatestern und Epoxiden werden als Klebstoffe, Underfiller und Verkappungsmassen für elektronische Bauelemente eingesetzt. Das Eigenschaftsprofil dieser Reaktivharze ist für viele Anwendungsfelder ausreichend, jedoch besteht mit fortschreitender Entwicklung der Technik ein dringender Bedarf nach Verbesserung ihrer Verarbeitungs- und Endeigenschaften. Um insbesondere die Diskrepanz zwischen zu kurzen Topfzeiten (weniger als 8 Stunden) bzw. zu langen Härtungszeiten (z.B. 175 °C für mehr als 1 Stunde) zu überwinden, verkapselten wir kleine Partikel (Größenordnung ca. 10 µm) effektiver Härtersysteme, um die Härtungsreaktion bei Raumtemperatur zu unterdrücken. So erreichen 1K-Mischungen eines flüssigen Cyanatesters mit verkapselten Härtern Topfzeiten von mehr als 3 Monaten, während das Harz bei Einsatz des unverkapselten Härters bereits nach 30 Minuten bei Raumtemperatur geliert. Die Struktur von Härter und Kapsel kann in weiten Bereichen so eingestellt werden, daß sich die Kapseln bei einer bestimmten Temperatur öffnen und der freigesetzte Härter die Reaktion unmittelbar startet. Dabei erreichen Niedrigtemperatursysteme mit Härtungszeiten von ca. 5 Minuten bei 80 °C Glastemperaturen von ca. 140 °C, während mit einem anderen Harz/Härter-System eine Glastemperatur von 220 °C bereits nach 10 Sekunden Härtungszeit realisiert wird. Die entwickelten Snap-Cure Basissysteme können mit den üblichen Additiven wie mineralischen Füllstoffen, Zähmodifikatoren, Metallpulvern u.a. formuliert werden, um den weiten Bereich der Verarbeitungs- und Endeigenschaften für Klebstoffe, Underfiller, Verkappungsmassen u.a. zu überdecken.

     

    Anwendungsfelder

    Klebstoffe, Underfiller, Verkappungsmasse

     

    Veröffentlichungen

    J. Bauer, M. Bauer: Cyanate Ester Based Resin Systems for Snap-Cure Applications, Micro System Technologies 2001, Düsseldorf, 27.-29.03.2001.

  • Plasma Polymerisation zur Verklebung und Beschichtung von Metallen

    Untersuchung des Potentials der Plasmapolymerisation als Methode zur Vorbehandlung von Metalloberflächen für Klebverbindungen und Beschichtungen.

     

    Ergebnisse

    Synthese neuer Monomere für die Plasmapolymerisation.

    Geringe Netzwerkdichten wurden bei niedrigen Plasmaenergien (~10W RF) erhalten:

    • großer CTE (typisch für Gummizustand);
    • hoher Solanteil;
    • geringe Temperaturbeständigkeit;
    • hohe Wasseraufnahme

     

    Hohe Netzwerkdichten wurden durch hohe Plasmaenergien (pulsed DC) erhalten:

    • CTE (typisch für Glaszustand);
    • Schicht enthält keinen meßbaren Solanteil;
    • Temperaturbeständigkeit bis >300°C;
    • geringe Wasseraufnahme

     

    An Plasmapolymeren aus Acrylic Acid (AA) wurde exemplarisch gezeigt, dass bei einem Zusatz von ca. 25 % Octadien ein Optimum an Eigenschaftsverbesserungen (Verringerung des Sol-Anteils, Erhöhung der thermischen Stabilität, Verringerung der Wasseraufnahme) erreicht wird.

     

    Referenzen

    Dieses Projekt wurde mit Mitteln der Europäischen Union (Brite EuRam, Contract No: BRPR 97-0582, Project No: BE97-4013) gefördert und durchgeführt in Kooperation mit:

    • British Aerospace, Sowerby Research Centre, Bristol (GB)
    • University of Sheffield, Sheffield (GB)
    • Profactor GmbH, Steyr (A)
    • Instituto Superior Técnico, Lissabon (P)
    • Rübig GmbH & Co. KG, Wels (A)

     

    Veröffentlichungen

    D. B. Haddow, A. Goruppa, J. Whittle, R. D. Short, O. Kahle, C. Uhlig, M. Bauer: The Application of Variable Temperature Ellipsometry to Plasma Polymers: The Effect of Addition of 1,7-Octadiene to Plasma Deposits of Acrylic Acid, Chemistry of Materials 12(4), p. 866-868 (2000)

  • Einbettungsmaterialien für funktionelle nanoporöse Kristalle

    Um in pulverförmige Zeolithe (Wirt) eingekapselte organische Farbstoffmoleküle (Gast) für optische Untersuchungen und mögliche Anwendungen handhabbar zu machen, werden sie in eine optisch isotrope Polymermatrix mit hoher Transparenz eingebettet. Das Komposit durchstrahlende Licht wird aufgrund des Brechzahlunterschiedes von Wirt-/Gast-System und Einbettungsmittel normalerweise stark gestreut und als Trübung registriert. Durch Copolymerisation von unfluoriertem mit fluoriertem Methacrylat kann der Brechungsindex des resultierenden Einbettungs-Polymers an die Brechzahl verschiedener Wirt-/Gast-Systeme angepasst und damit die Streueffekte im Gesamtsystem minimiert werden.

    Durch eine entsprechende Präparationstechnik können Probenkörper (bis 1 cm Dicke) mit sehr ebener und glatter Oberfläche hergestellt werden.

     

    Anwendungsfelder

    Die entwickelten Systeme ermöglichen eine bessere Handhabung pulverförmiger Zeolithe mit Farbstoffen. Außerdem wird deren Fotostabilität durch die Zeolithkapselung verbessert. Durch die Ausnutzung spezieller optischer Eigenschaften der gekapselten Chromophore können diese z.B. als Molekülschalter (durch fotoinduzierte Isomerisierung) zur Informationsspeicherung eingesetzt werden.

     

    Wissenschaftliche Leistung

    Einbettungen von farbstoffhaltigen Zeolith-Pulvern in eine Polymermatrix waren bisher nicht bekannt. Die entwickelte Methode ist dabei prinzipiell nicht auf die erwähnten Wirt-/Gast-Systeme beschränkt, sondern für alle Fragestellungen geeignet, die die Anpassung an Brechungsindizes beliebiger einzubettender Komponenten erforderlich macht.

     

    Referenzen

    Die Arbeiten wurden im Rahmen des DFG-Schwerpunktprogramms »Nanostrukturierte Wirt-/Gast-Systeme« (BA 1168/5-2) als Initiativvorhaben durchgeführt.

     

    Veröffentlichungen

    M. Bauer, D. Fanter, J. Schneider: Embedding of Zeolites in a Polymer Matrix – Adapting of Refractive Index, 9. Deutsche Zeolith-Tagung Halle-Wittenberg (Germany), (1997)

    M. Bauer, D. Fanter, J. Schneider: Embedding of Dye-Molecule Doped Zeolites in a Polymer Matrix, 10. Deutsche Zeolith-Tagung Bremen (Germany), (1998)

    J. Schneider, D. Fanter, M. Bauer: Herstellung und optisches Verhalten von Compositen aus Methacrylat- Copolymeren und farbstoffbeladenen Zeolithen, Tagung Polymerwerkstoffe ´98, Merseburg (Germany), (1998)

  • Poly(melamine) dendrimere

    Poly(melamin)dendrimere sind von besonderem Interesse, da sie sowohl die positiven Eigenschaften von Dendrimeren (wie z.B. definierter Molekülaufbau, ideal verzweigte Struktur, bessere Löslichkeit im Vergleich zu analogen, linearen Strukturen) als auch die spezifischen Eigenschaften von Melaminen (z.B. Temperaturbeständigkeit, Verbesserung der adhäsiven Eigenschaften) in sich vereinen.
    Die Dendrimere können nach der divergenten (d.h. bei einem Kern beginnend nach außen hin wachsend) bzw. nach der konvergenten (d.h. mit der Außensphäre beginnend nach innen wachsend) Synthesestrategie hergestellt werden. Dies geschieht in einer repetativen Synthesesequenz, die im Falle der divergenten Synthese aus folgenden Schritten besteht:

     

    • Umsetzung eines Cyanursäurederivates (vorzugsweise 2,4,6-Trisphenoxy-1,3,5-triazin) mit einem Di- oder Triamin im Überschuß bzw. mit einem halbseitig geschützten Diamin und anschließende Abtrennung dieses Überschusses bzw. Abspaltung der Schutzgruppe.
    • Umsetzung der freien Amino-Gruppen mit einem weiteren Cyanursäurederivat. Durch die abgestufte Reaktivität der Substituenten am Triazin-Ring kann unter geeigneten Reaktionsbedingungen das Cyanursäurederivat dabei in nahezu stöchiometrischer Menge zugegeben werden.
    • Wiederholung der Schritte 1 und 2 bzw. Modifizierung der Dendrimer-Außensphäre durch Umsetzung mit einem Monoamin, das noch weitere funktionelle Gruppe besitzen kann.

     

    Die konvergente Synthese läuft in folgenden Schritten ab:

    • Umsetzung von zwei der drei funktionellen Gruppen des Cyanursäurederivates mit einem monofunktionellen Amin, das die Dendrimer-Außensphäre bildet.
    • Reaktion der dritten funktionellen Gruppe des Cyanursäurederivates mit einem Diamin im Überschuss bzw. mit einem halbseitig geschützten Diamin und anschließende Abtrennung dieses Überschusses bzw. Abspaltung der Schutzgruppe.
    • Umsetzung der freien Amino-Gruppen von zwei Äquivalenten des Produktes von Schritt 2 mit weiterem Cyanursäurederivat.
    • Wiederholung der Schritte 2 und 3.

     

    Durch die Wahl der monofunktionellen Amin-Komponenten kann die Außensphäre der Dendrimere modifiziert und so deren Eigenschaften in einem weiten Bereich den jeweiligen Erfordernissen angepaßt werden. Beispielsweise lassen sich Dendrimere mit unsubstituierten Alkylresten unterschiedlicher Kettenlänge aber auch solche mit Hydroxyl- oder Amino-Gruppen in der Außensphäre synthetisieren.

     

    Anwendungsfelder

    • Polyfunktionelle Vernetzer z.B. für Polyurethane, EP-Harze o.ä.
    • Modifizierung stationärer Phasen in der Chromatographie
    • Wirkstoff-Träger in der Pharmazie oder Kosmetik

     

    Wissenschaftliche Leistung

    Dendrimere mit kovalent gebundenen, heteroaromatischen Verzweigungseinheiten waren bisher nicht bekannt. Ihre Darstellung ermöglicht den Zugang zu neuen Stoffen, die die Vorteile der Dendrimere mit denen der Poly(melamine) in sich vereinen.

     

    Referenzen

    Die Arbeiten wurden im Rahmen eines Eigenforschungsprojektes durchgeführt.

     

    Veröffentlichungen/Patente

    J. Bauer, M. Bauer, J. Neumann: Poly(melamin)dendrimere und Verfahren zu ihrer Herstellung, DE 195 28 882 A1

    J. Neumann-Rodekirch, J. Bauer, M. Bauer: Stationäre Phase für die Chromatographie, DE 196 21 741 A1

    J. Neumann-Rodekirch: Darstellung und Charakterisierung von hochverzweigten, molekulareinheitlichen und molekularunheitlichen Polymelamin-Strukturen, zugl. Diss., Universität Bremen, 1997.

    C. Dreyer, F. Reetz: Untersuchungen zur Einlagerung von Fulleren C60 in Lipiddoppelschichten mittels Differential Scanning Calorimetry, zugl. Dipl., Universität Kaiserslautern, 1996.

    J. Neumann-Rodekirch, C. Dreyer, J. Bauer, M. Bauer: Polymelamin-Dendrimere, in: Vortragstagung »Neue Horizonte in der Polymerchemie«, Mainz, 23./24.03.1998.

    M. B. Steffensen, E. Hollink, F. Kuschel, M. Bauer, E. E. Simanek: Dendrimers based on [1,3,5]-triazines, in: Journal of Polymer Science. Part A: Polymer Chemistry, 44(11), p. 3411-33 (2006).

  • Bindemittel und Strukturklebstoffe für Bremsbeläge

    Bremsbeläge sind sicherheitskritische Bauteile im Fahrzeugsektor. Aufgrund steigender Ansprüche an Leistungsfähigkeit und Sicherheit resultiert insbesondere die Notwendigkeit, Beläge höherer thermischer Stabilität bei gleichzeitig besserem Komfortverhalten zu entwickeln. Dabei kommt dem polymeren Bindemittel der Vielkomponentensysteme - Bremsbelag und dem zugehörigem Strukturklebstoff eine Schlüsselfunktion zu. Auf Basis moderner hochtemperaturstabiler Reaktivharzsysteme, den novolakbasierten Cyanatestern wurden sowohl grundlegende Arbeiten zu Struktur, Reaktion und Eigenschaften der Harze und Duromere als auch produktbezogene Entwicklungen von Bindemitteln und Strukturklebstoffen durchgeführt. Mit dem Einsatz dieser neuen Systeme kann neben der Verbesserung des Eigenschaftsprofils der Bremsbeläge auch deren Herstellungstechnologie vereinfacht, verkürzt und insgesamt ressourcensparender gestaltet werden.

     

    Anwendungsfelder

    Fahrzeugbau

     

    Kooperation

    Die Arbeiten wurden in enger Kooperation mit den Firmen:

    • Perstorp AG, Erkner,
    • Lonza AG, Basel (CH),
    • TMD Friction, Leverkusen

    durchgeführt.

     

    Veröffentlichungen

    M. Bauer, J. Bauer, P. Severit: Cyanatbasierte Klebstoffe für und in Kombination mit Reibbelägen sowie Verfahren zum Herstellen von auf einer Unterlage haftenden Reibbelägen, DE 100 19 475.3, (2000)

  • Polymerbasierte integrierte optische Bauelemente

    Heute ist das Internet die wichtigste Quelle für Informationen aller Art. Die Datenmenge, die über das Internet transferiert wird, vergrößert sich ständig. Aufgrund ihrer enormen Bandbreite von mehr als 40 Tbps ist die Glasfaser für die Langstreckendatenübertragung das Medium der Wahl. Ihre Nutzung wird jetzt sukzessive auf kürzere Strecken erweitert.In der nächsten Dekade werden viele Länder optische Netzwerke bis in die einzelnen Wohnungen etablieren (Fibre to the home, FTTH).
    Preiswerte »Low cost« optische Bauelemente werden in Ergänzung zur Glasfaser benötigt, z.B. thermoptische Schalter, Arrayed Waveguide Gratings (AWGs), Multiplexer, Demultiplexer, Router, etc. Solche Bauelemente können unter Verwendung organischer Polymermaterialien kostengünstig gefertigt werden.

     

    Athermal Arrayed Waveguide Grating (AWG) in Vollpolymer-Ausführung

    In enger Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer HHI wurden verschiedene integrierte optische Bauelemente entwickelt. Ein Highlight ist das athermische AWG in Vollpolymerausführung (US Patent erteilt). Ein AWG wird zum Vervielfachen der Bandbreite einer Glasfaser durch die Kombination von Datenströmen unterschiedlicher Wellenlänge in einer Glasfaser verwendet. Kommerziell verfügbare AWGs zeigen eine Verschiebung der Filterkurven in Abhängigkeit von der Temperatur. Daraus folgt die Notwendigkeit der Temperaturstabilisierung mittels Peltier-Element und dazugehörigem Regelkreis. Durch Anpassung des Ausdehungskoeffizienten (CTE) des Substrates kann dieser Effekt kompensiert werden. Das resultierende Bauelement ist athermisch.

     

    Superkompakter Optischer Add-Drop-Multiplexer (OADM)

    Im Vergleich zu einem AWG hat ein OADM die zusätzliche Funktionalität, ein oder mehrere Signal(e) zu den multiplexten Datenströmen hinzuzufügen (Add). Gleichzeitig wird die gleiche Anzahl an Signalen aus dem ursprünglichen Datenstrom »ausgekoppelt« (dropped). Da die Anzahl der Bauelemente pro Wafer eine kostenkritische Größe darstellt, wurde ein Polymerwellenleitersystem mit extra hohem Brechzahlkontrast (Dn = 0,020), basierend auf den neuen triazinhaltigen Polymeren, gewählt.

     

    Typen integrierter optischer Bauelemente

    In enger Zusammenarbeit mit dem HHI wurden verschiedene integrierte optische Bauelemente entwickelt

    • Polymer-on-Silicon AWGs
    • AWGs in Vollpolymerausführung
    • Athermische AWGs in Vollpolymerausführung
    • Extra kleine AWGs in Vollpolymerausführung
    • Superkompakte optische Add-Drop Multiplexer (OADM)
    • Polymerbasierte thermooptische Schalter

     

    Anwendungsfelder

    Integrierte Optik und Optoelektronik

     

    Kooperation

    Die Arbeiten wurden in enger Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer Institut für Nachrichtentechnik Heinrich-Hertz-Institut durchgeführt.

     

    Veröffentlichungen/Patente

    N. Keil, H. H. Yao, C. Zawadzki, F. Beyer, O. Radmer, M. Bauer, C. Dreyer: Super Compact Optical Add-Drop Multiplexer (OADM) for FTTH Applications Based on Commercial Low-Loss Polymer Waveguide Materials, Electronic Letters 41, p. 186-188 (2005).

    M. Bauer, J. Bauer, J. Schneider, C. Dreyer, H. H. Yao, N. Keil, C. Zawadzki: Temperature Insensitive Optical Waveguide Device, US-Patent 6757469B2, 2004.

    N. Keil, H. H. Yao, C. Zawadzki, O. Radmer, F. Beyer, M. Bauer, C. Dreyer, J. Schneider: Polarization and Temperature Behaviour of All-Polymer Arrayed-Waveguide Gratings, ECOC 2003, Conf. Proc., 21.-25.09.2003, Rimini (I), 252-253.

    H. H. Yao, C. Zawadzki, N. Keil, M. Bauer, C. Dreyer, J. Schneider: Athermal All-Polymer Arrayed Waveguide Grating Multiplexer, OFC 2002, Conf. Dig. 2002, 17.-22.03.2002, Anaheim, CA (USA), 12-14.

  • Optische Polymer-Silizium-Hybrid-Elemente

    Thermo-optische (TO) Schalter sind wichtige Bauelemente für die faseroptische Kommunikation als Schaltelemente und optische Router. Durch Nutzung der Vorteile zweier unterschiedlicher Materialklassen - Silizium mit ultra-geringen optischen Verlusten und speziell angepassten Polymeren mit hohen TO-Koeffizienten und geringer thermischer Leitfähigkeit – realisierten wir ein neuartiges Polymer/Silizium-Hybrid Konzept, wobei ein planarer SiO2-Wellenleiter ausschließlich für den optischen Transport genutzt wird, während ein planarer Polymer-Wellenleiter die TO-Schaltfunktion übernimmt. Ein vertikales Kopplungsschema wurde entwickelt, um diese Hybridelemente zu realisieren. Es wurde ein hybrider Polymer/Silizium 1x2-Koppler mit weniger als -30 dB polarisationsunabhängigem Übersprechen, geringer Einfügedämpfung (1,5 dB), geringer Schaltleistung (30 mW pro Schaltelement) und geringer Abmessung aufgebaut und getestet. Weiterhin wurde aus mehreren solcher 1x2-Schalter als Grundelement eine integrierte hybride Polymer/Silizium 1x8-Schaltmatrix mit weniger als –24 dB polarisationsunabhängigem Übersprechen entwickelt. Dieses Hybrid-Konzept ist auch für andere thermo-optische Bauelemente wie abstimmbare Filter und optische Dämpfungselemente interessant und aussichtsreich. Außerdem konnte durch die Verlagerung der optischen Wechselwirkung in die dritte Dimension die Packungsdichte der optischen Elemente auf dem Chip erhöht werden, eine Grundvoraussetzung für den Aufbau großer Schaltmatrizen.

     

    Anwendungsfelder

    Integrierte Optik und Optoelektronik

     

    Kooperation

    Die Arbeiten wurden in enger Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer Institut für Nachrichtentechnik Heinrich-Hertz-Institut und dem Alcatel Corporate Research Center Stuttgart durchgeführt.

     

    Veröffentlichungen

    N. Keil, C. Weinert, W. Wirges, H. H. Yao, S. Yilmaz, C. Zawadzki, J. Schneider, J. Bauer, M. Bauer: Thermo-optic vertical coupler switches using hybrid polymer/silica integration technology, Electronic Letters 36, p. 430 (2000).

    N. Keil, H. H. Yao, C. Zawadzki, K. Lösch, K. Satzke, W. Wischmann, J. Schneider, J. Bauer, M. Bauer: Hybrid polymer/silica vertical coupler switch with <-32dB polarisation-independent crosstalk, Electronic Letters 37, p. 89 (2001).

  • Elektrooptische aktive Polymermaterialien

    Innerhalb des optisch aktiven Polymers werden Lichtleiter hergestellt, die für eine kurze Strecke in zwei symmetrische Teilwege getrennt sind. Auf dem einen Weg werden durch die angelegte elektrische Schaltspannung die optischen Eigenschaften des Materials verändert, während der andere Weg unverändert bleibt.

     

    Prinzip

    Innerhalb des optisch aktiven Polymers werden Lichtleiter hergestellt, die für eine kurze Strecke in zwei symmetrische Teilwege getrennt sind. Auf dem einen Weg werden durch die angelegte elektrische Schaltspannung die optischen Eigenschaften des Materials verändert, während der andere Weg unverändert bleibt. Wird nun Licht auf den Eingang des Modulators gebracht, erhält man bei angelegter Schaltspannung durch Überlagerung der beiden Teilstrahlen am Ausgang des Modulators kein Licht. Beim Abschalten der elektrischen Spannung wird es dann hell. Das entspricht dem geschlossenen bzw. geöffneten Zustand des Modulators.

     

    Anwendungsfelder

    Der entwickelte elektrooptische Schalter kann in der integrierten Optik und zur Modulation sehr kurzer Lichtimpulse verwendet werden, die für eine hochbitratige Datenübertragung mittels Licht über Glasfasern erforderlich sind.

     

    Die zu übertragenden Informationen sind durch die Spannungspulse digital kodiert und werden direkt in digitale optische Signale umgewandelt. Mit diesen Modulatoren lassen sich Schaltfrequenzen oberhalb von 10 GHz ohne Schwierigkeiten erreichen. Damit läßt sich die Datenübertragungsrate herkömmlicher Verfahren um den Faktor 100 steigern.

     

    Wissenschaftliche Leistung

    Es wurden neue NLO-Polymere entwickelt, die den Aufbau eines elektrooptischen Schalters mit folgenden Kennwerten ermöglichen:

    • elektrooptischer Koeffizient r33 = 12-20 pm/V @ 1320 nm
    • thermische Stabilität des r33 kleiner/gleich 5 a @ 80°C (Tg = 155-170°C)
    • optischer Verlust größer/gleich 1 dB/cm @ 1320 nm
    • Schaltspannung 40 V (unstrukturiert)

    Die Strukturierbarkeit als Wellenleiter wurde nachgewiesen.

     

    Referenzen

    Die Arbeiten werden im Rahmen des BMBF-Verbundvorhabens 03M4083 zusammen mit der SIEMENS AG, der BASF AG und der FH Merseburg durchgeführt.

     

    Veröffentlichungen/Patente

    J. Nordmann, S. Beckmann, K.-H. Etzbach, R. Sens, M. Bauer, H. Krüger, J. Bauer, C. Günzelmann, H. Hartmann, A. Walter: Elektrooptische und photonische Bauelemente, DE 196 39 445 A1, 1998.

    J. Nordmann, S. Beckmann, K.-H. Etzbach, R. Sens, M. Bauer, H. Krüger, J. Bauer, C. Günzelmann, H. Hartmann, R. Flaig: Elektrooptische und photonische Bauelemente, DE 196 39 446 A1, 1998.

    J. Nordmann, S. Beckmann, K.-H. Etzbach, R. Sens, M. Bauer, H. Krüger, J. Bauer, C. Günzelmann: Elektrooptische und photonische Bauelemente, DE 196 39 447 A1, 1998.

    J. Nordmann, S. Beckmann, K.-H. Etzbach, R. Sens, M. Bauer, H. Krüger: Elektrooptische und photonische Bauelemente, DE 196 39 381 A1, 1998.

    J. Nordmann, S. Beckmann, K.-H. Etzbach, R. Sens, M. Bauer, H. Krüger, J. Bauer, C. Günzelmann: Elektrooptische und photonische Bauelemente, DE 196 39 382 A1, 1998.

  • Maskierungs- und Passivierungslack für Hochleistungswiderstände

    Maskierungslack: temporärer Schutz der Widerstandsschicht während einzelner technologischer Fertigungsstufen des Bauelementes Passivierungslack: hermetischer Schutz von Hochleistungswiderständen oder anderer elektronischer Bauelemente gegen Umwelteinflüsse.

     

    Anwendungsgebiet

    Maskierungslack:
    temporärer Schutz der Widerstandsschicht während einzelner technologischer Fertigungsstufen des Bauelementes

    Passivierungslack:
    hermetischer Schutz von Hochleistungswiderständen oder anderer elektronischer Bauelemente gegen Umwelteinflüsse

     

    Wissenschaftliche Leistung

    Entwicklung von zwei Lacksystemen auf Basis von zwei unterschiedlichen, thermisch härtenden Reaktivharzrezepturen für Maskierungslacke: Reaktivharzrezepturen, die zur Aufbringung des äußeren Kontaktes in der Galvanikstufe und zur Aufbringung des inneren Kontaktes durch einen Sputterprozeß geeignet sind

     

    Eigenschaftsparameter

    • siebdruckfähig
    • geringe Leitfähigkeit
    • gute Haftung
    • 65-75 Prozent Feststoffgehalt
    • Härtungstemperatur < 180 °C
    • geringe Leitfähigkeit
    • pigmentierbar (Passivierungslack)
    • feuchtebeständig (Passivierungslack)
    • liftbar (Maskierungslack)
    • sputterfest bzw. galvanikstabil (Maskierungslack)

     

    Referenzen

    Die Arbeiten werden im Rahmen des BMBF-Verbundprojektes »Neue Keramik- und Dünnschichtwerkstoffe für miniaturisierte Chipbauelemente«, Teilaufgabe: »Weiterentwicklung von Passivierungs- und Maskierungslacken für hochwertige funktionelle Dünnschicht- und Keramikwerkstoffe« (FKZ: 03N1020C9) durchgeführt.

     

    Veröffentlichungen

    H. Korth, H. Bilz, J. Dänhardt, K. Mathis, H. Krüger, W. Brüstel: Anwendungen neuer Werkstoffe in Verfahren zur Erzeugung hochwertiger Funktionselemente, Poster auf der Werkstoffwoche, 12.–15.10.1998, München