在玻璃中集成金屬微結構

提議的具有玻璃集成金屬結構的生物傳感器，用于檢測酶反應或抗原抗體相互作用。學分：弗勞恩霍夫 IZM

不受惡劣環境條件的影響，導電和導熱，并具有出色的光刻分辨率：在玻璃中嵌入薄金屬微結構可為各種應用提供卓越的性能。該技術可用于制造防腐蝕、尺寸穩定且功能可靠的傳感器組件，即使在極其惡劣的環境中也是如此。Fraunhofer IZM 開發的一項技術提供了一種將導電元件集成到玻璃中的新方法，金屬微結構不是沉積在表面上，而是嵌入并包裹在玻璃本身中。

玻璃作為電路基板越來越受到青睞。這是由于其特殊的材料特性：它在很寬的溫度范圍內保持其尺寸，即使是大尺寸(例如全尺寸 24x18 英寸面板)，它提供高電阻、光滑的表面和高介電常數(例如 77 GHz 時為 5.0)。一段時間以來，這些特性已經促使開發人員在玻璃基板上和穿過玻璃基板上構建像導體一樣的薄金屬層的電氣結構。不僅可以在單層上創建觸點，還可以通過玻璃通孔 (TGV) 的方式在完成設計的幾層上創建觸點。

Fraunhofer IZM 的研究人員開發了一種將金屬導體集成到玻璃中的新方法。亮點：該技術保持玻璃的光滑表面完好無損，并避免了玻璃與金屬層之間的任何粘合問題，金屬層完全嵌入玻璃本身。不需要額外的粘合劑(通常是另一種金屬)。

研究人員設法開發了一種控制薄玻璃中金屬結構形成的工藝。為了在玻璃表面附近制造均勻的電導體，他們測試了一系列材料和加工技術，以找到最佳方法。他們成功的關鍵在于材料的選擇和新的加工技術：金屬層可以非常薄，低至數百納米，或者由于強烈的反射產生鏡面效果，肉眼可見微米厚度在玻璃表面。該技術可以創建長度從幾毫米到十厘米不等的金屬層，它的通用性足以集成非常特殊的金屬結構并在玻璃本身內創建電導體。

“電信號現在可以通過導體傳輸，而無需擔心環境因素，如腐蝕性液體、氣體、腐蝕等化學反應或簡單的機械磨損。這些結構完全被玻璃包圍，而不是簡單地放在它上面， ” EOCB 團隊(光電電路板)的研究助理 Philipp Wachholz 說。

將電導體嵌入內部而不是玻璃上的新能力為許多新穎的應用打開了大門。可以在不影響其密封性的情況下安裝帶有電觸點的玻璃微型真空室。玻璃集成導體也可用于表面安裝導體無法承受的不利條件，例如用于堅固的傳感器。微小的微電極可用于電化學生物傳感器，以記錄酶反應或抗原抗體相互作用等生化過程。由于玻璃集成結構可輕松應對高達 200°C 的溫度，因此極其堅固的傳感器的可能性似乎是無限的。

Fraunhofer IZM 的研究人員已準備好測試這些限制：在成功進行可行性研究后，他們希望與科學和工業界的合作伙伴合作，將新技術投入使用。為此，他們目前正在尋找并等待感興趣的行業合作伙伴分享他們的玻璃專業知識。

玻璃集成電金屬結構相對于表面氣相沉積的優勢：

玻璃表面無粘合問題

嵌入玻璃中的導電微結構：電通孔

可能集成其他電氣結構(電阻、電容器等)

不受環境影響的金屬結構：防腐蝕、防磨損、玻璃表面易于清潔

玻璃將熱量從金屬微結構中傳導出去

減少金屬和玻璃結構之間的 CTE 差異