在玻璃中集成金属微结构

提议的具有玻璃集成金属结构的生物传感器，用于检测酶反应或抗原抗体相互作用。学分：弗劳恩霍夫 IZM

不受恶劣环境条件的影响，导电和导热，并具有出色的光刻分辨率：在玻璃中嵌入薄金属微结构可为各种应用提供卓越的性能。该技术可用于制造防腐蚀、尺寸稳定且功能可靠的传感器组件，即使在极其恶劣的环境中也是如此。Fraunhofer IZM 开发的一项技术提供了一种将导电元件集成到玻璃中的新方法，金属微结构不是沉积在表面上，而是嵌入并包裹在玻璃本身中。

玻璃作为电路基板越来越受到青睐。这是由于其特殊的材料特性：它在很宽的温度范围内保持其尺寸，即使是大尺寸(例如全尺寸 24x18 英寸面板)，它提供高电阻、光滑的表面和高介电常数(例如 77 GHz 时为 5.0)。一段时间以来，这些特性已经促使开发人员在玻璃基板上和穿过玻璃基板上构建像导体一样的薄金属层的电气结构。不仅可以在单层上创建触点，还可以通过玻璃通孔 (TGV) 的方式在完成设计的几层上创建触点。

Fraunhofer IZM 的研究人员开发了一种将金属导体集成到玻璃中的新方法。亮点：该技术保持玻璃的光滑表面完好无损，并避免了玻璃与金属层之间的任何粘合问题，金属层完全嵌入玻璃本身。不需要额外的粘合剂(通常是另一种金属)。

研究人员设法开发了一种控制薄玻璃中金属结构形成的工艺。为了在玻璃表面附近制造均匀的电导体，他们测试了一系列材料和加工技术，以找到最佳方法。他们成功的关键在于材料的选择和新的加工技术：金属层可以非常薄，低至数百纳米，或者由于强烈的反射产生镜面效果，肉眼可见微米厚度在玻璃表面。该技术可以创建长度从几毫米到十厘米不等的金属层，它的通用性足以集成非常特殊的金属结构并在玻璃本身内创建电导体。

“电信号现在可以通过导体传输，而无需担心环境因素，如腐蚀性液体、气体、腐蚀等化学反应或简单的机械磨损。这些结构完全被玻璃包围，而不是简单地放在它上面， ” EOCB 团队(光电电路板)的研究助理 Philipp Wachholz 说。

将电导体嵌入内部而不是玻璃上的新能力为许多新颖的应用打开了大门。可以在不影响其密封性的情况下安装带有电触点的玻璃微型真空室。玻璃集成导体也可用于表面安装导体无法承受的不利条件，例如用于坚固的传感器。微小的微电极可用于电化学生物传感器，以记录酶反应或抗原抗体相互作用等生化过程。由于玻璃集成结构可轻松应对高达 200°C 的温度，因此极其坚固的传感器的可能性似乎是无限的。

Fraunhofer IZM 的研究人员已准备好测试这些限制：在成功进行可行性研究后，他们希望与科学和工业界的合作伙伴合作，将新技术投入使用。为此，他们目前正在寻找并等待感兴趣的行业合作伙伴分享他们的玻璃专业知识。

玻璃集成电金属结构相对于表面气相沉积的优势：

玻璃表面无粘合问题

嵌入玻璃中的导电微结构：电通孔

可能集成其他电气结构(电阻、电容器等)

不受环境影响的金属结构：防腐蚀、防磨损、玻璃表面易于清洁

玻璃将热量从金属微结构中传导出去

减少金属和玻璃结构之间的 CTE 差异