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Neue Quarzglas-Abdeckung macht Herstellung von UV-LEDs effizienter

Verfahren von Tanaka verhindert Risse und verringert den Ausschuss und die Kosten bei Halbleiterlasern und Sensoren für das autonome Fahren

Neue Quarzglas-Abdeckung macht Herstellung von UV-LEDs effizienter

SKe-Lid von außen mit Keramikgehäuse nach Aufbringen der Dichtung

Tanaka hat mit der Auslieferung von SKe-Lid begonnen, einer neuartigen Scheibe aus Quarzglas mit Gold-Zinn-Dichtung zur Abdeckung von Leuchtdioden für tief-ultraviolettes Licht. Solche LEDs geben für das Auge unsichtbares Licht mit Wellenlängen zwischen 250 und 280 Nanometer ab, das sich insbesondere zur Desinfektion von Wasser in der Industrie oder zur Desinfektion von Luft etwa in Kliniken eignet. UV-LEDs werden schon bald herkömmliche Lampen ersetzen, die das umweltschädliche Quecksilber enthalten.

Ein kritisches Bauteil dieser UV-LEDs ist der Deckel aus transparentem Quarzglas, der das Innere schützen und gleichzeitig möglichst viel Licht durchlassen soll. Als Dichtung dient eine Legierung aus Gold-Zinn, die sehr langlebig ist. Allerdings kommt es beim Verbinden des Metalls mit herkömmlichem Quarzglas und dem Keramikträger öfters zu Rissen im Glas und zu einer Trennung der metallisierten Oberflächen. Bei SKe-Lid treten diese Risse und die Trennung der Metallisierung nicht mehr auf. Bei dem neuartigen Verfahren wird die Gold-Zinn-Legierung bereits vorab auf das Quarzglas aufgebracht, wobei Größe und Form des Metalls genau gesteuert wird. Das führt zu weniger Ausschuss in der Produktion und damit zu höherer Produktivität und geringeren Kosten.

Die Vorteile von SKe-Lid
SKe-Lid steigert die Durchlässigkeit von tief-ultraviolettem Licht aus Hochleistungs-LEDs.
SKe-Lid eignet sich auch für Gläser mit AR-Codes (QR-Codes für Augmented Reality Anwendungen).
Bei SKe-Lid ist das Dichtungsmaterial aus Gold-Zinn bereits auf dem Glas, was die Positionierung auf dem Keramikgehäuse beim Versiegeln erleichtert.
Gold-Zinn-Legierung ergibt eine luftdichte Versiegelung mit erhöhter Haltbarkeit.
Die exklusive Technologie verhindert Risse im Quarzglas beim Versiegeln des Keramikgehäuses.

Dank dieser Vorteile wird SKe-Lid zu einer höheren Produktivität und niedrigeren Preisen im Markt der UV-LEDs führen. Dort steigt die Nachfrage unaufhörlich, ebenso die Ansprüche an die Lebensdauer. Die Abdichtung mit Gold-Zinn-Lotlegierung eignet sich besonders für Halbleiterlaser mit hoher Verlässlichkeit und Haltbarkeit, wie sie etwa in autonom fahrenden Fahrzeugen verwendet werden, sowie anderen Sensoren im Automobil, die transparente Materialien zur Abdeckung benötigen.

Hintergrund der Entwicklung
Im August 2017 trat das Minamata-Abkommen in Kraft, ein völkerrechtlicher Vertrag zur Reduzierung des giftigen Schwermetalls Quecksilber. Dieses Abkommen hat auch Auswirkungen auf die Beleuchtungsbranche. Quecksilberdampflampen, die lange Zeit zur Desinfektion von Wasser und Luft verwendet wurden, sollen durch Leuchtdioden ersetzt werden. Für die Desinfektion müssen die Leuchtmittel tief-ultraviolettes Licht abgeben mit Wellenlängen zwischen 250 und 280 Nanometer. Dieses Licht hat allerdings früher das Harz der Dichtungen zersetzt und damit die Lebensdauer verkürzt. Heute verwendet man stattdessen die sehr UV-resistente Gold-Zinn-Lötlegierung als Dichtmaterial. Doch bei der Verarbeitung bestand bisher die Gefahr, dass das Quarzglas Risse bekommt. Außerdem konnte sich die Metallisierung zwischen Keramikgehäuse, Quarzglas und Gold-Zinn-Dichtung in Folge von Wärmeausdehnung lösen. Das führt zu höherem Ausschuss in der Produktion. Tanaka verwendet ein selbstentwickeltes Verfahren, das die Größe und die Form des Gold-Zinn-Dichtmaterials exakt kontrolliert, wenn dieses auf das Quarzglas aufgebracht wird. SKe-Lid wird bereits mit aufgebrachtem Dichtmaterial geliefert, was die Verarbeitung beim Kunden erheblich erleichtert und Risse verhindert.
SKe-Lid wurde zusammen mit Kyocera, Yamamura Photonics Co. und Asahi Glass Co. entwickelt, die das Glas- und das Keramikmaterial lieferten, sowie Cross Osaka Co., die die Dichtheitstests ausführten.

Tanaka wird SKe-Lid auf der internationalen Messe OPTICS & PHOTONICS 2018 (OPIE „18) vom 25. bis 27. April in der Pacifico Yokohama vorstellen.

Weitere Bilder unter: SKe-Lid Bilder

Über Tanaka Precious Metals
Der japanische Edelmetallhersteller Tanaka Precious Metals mit Sitz in Tokio wurde 1885 gegründet und hat seitdem ein breitgefächertes Leistungsangebot entwickelt für die Anwendung von Edelmetallen in industriellen Produkten für die Elektronik-, Halbleiter- und Automobilbranche. Seit dem 1. April 2010 gehört Tanaka Precious Metals zur Holdinggesellschaft Tanaka Holdings Co. Ltd. Kooperationen innerhalb des Konzerns ermöglichen Tanaka Precious Metals, seinen Kunden eine noch breitere Produktpalette und umfangreiche Services anzubieten. Das Unternehmen gehört zu den führenden japanischen Unternehmen im Bereich Edelmetall- herstellung und investiert kontinuierlich in Verfahren zur Bereitstellung und Verwendung von Edelmetallen. Um die Globalisierung weiter voranzutreiben, begrüßte Tanaka Kikinzoku Kogyo die Metalor Technologies International SA im Jahr 2016 als Mitglied der Gruppe. Als Experte im Bereich der Edelmetalle wird Tanaka Precious Metals weiterhin zur Entwicklung einer lebenswerten und erfolgreichen Gesellschaft beitragen.

Die fünf Kernunternehmen der Tanaka Precious Metals sind wie folgt.
Tanaka Holdings Co., Ltd. (pure holding company)
Tanaka Kikinzoku Kogyo K.K.
Tanaka Denshi Kogyo K.K.
Electroplating Engineers of Japan, Limited
Tanaka Kikinzoku Jewelry K.K.

Tanaka Holdings Co., Ltd. (Holdinggesellschaft von Tanaka Precious Metals)
Hauptsitz: Tokyo Building 22F, 7-3, Marunouchi 2-chome, Chiyoda-ku, Tokyo, 100-6422 Japan
Geschäftsführer: Akira Tanae, geschäftsführendes Vorstandsmitglied
Gründungsjahr: 1885 Etablierung: 1918 Kapital: 500 Millionen Yen
Mitarbeiter der gesamten Gruppe: 5.120 Beschäftigte (Geschäftsjahr 2016)
Konsolidierter Gruppenumsatz: 1.064.259.000.000 Yen (80.395.964 Euro) (Geschäftsjahr 2016)
Geschäftsinhalte der Gruppe: Als eine Holdinggesellschaft, die das Zentrum der Tanaka Kikinzoku-Gruppe ist, die strategische und effiziente Führung der Gruppe und Management-Beratung für Konzernunternehmen
Webseite: http://www.tanaka.co.jp/english (Tanaka Precious Metals), http://pro.tanaka.co.jp/en (Industrieprodukte)

Tanaka Kikinzoku Kogyo K.K.
Hauptsitz: Tokyo Building 22F, 7-3, Marunouchi 2-chome, Chiyoda-ku, Tokyo, 100-6422 Japan
Geschäftsführer: Akira Tanae, geschäftsführendes Vorstandsmitglied
Gründungsjahr: 1885 Etablierung: 1918 Kapital: 500 Millionen Yen
Mitarbeiter: 2.269 Beschäftigte (31. März 2017)Verkäufe: 1.059.003.329.000 Yen (79.998.941 Euro)
Geschäftsinhalt: Produktion, Vertrieb und Import/Export von Edelmetallen (Platin, Gold, Silber etc.) und industriellen Edelmetallprodukten
Webseite: http://pro.tanaka.co.jp/en

Über Tanaka Precious Metals

Der japanische Edelmetallhersteller Tanaka Precious Metals mit Sitz in Tokio wurde 1885 gegründet und hat seitdem ein breitgefächertes Leistungsangebot entwickelt für die Anwendung von Edelmetallen in industriellen Produkten für die Elektronik-, Halbleiter- und Automobilbranche. Seit dem 1. April 2010 gehört Tanaka Precious Metals zur Holdinggesellschaft Tanaka Holdings Co. Ltd. Kooperationen innerhalb des Konzerns ermöglichen Tanaka Precious Metals, seinen Kunden eine noch breitere Produktpalette und umfangreiche Services anzubieten. Das Unternehmen gehört zu den japanischen Spitzenunternehmen im Bereich Edelmetallherstellung und investiert kontinuierlich in Verfahren zur Bereitstellung und Verwendung von Edelmetallen.

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Tanaka Precious Metals präsentiert neue Technologien zum Herstellen von Leiterbahnen

Tanaka Precious Metals stellt auf der productronica 2017 aus

Tanaka Precious Metals präsentiert neue Technologien zum Herstellen von Leiterbahnen

TOKIO, 5.Juli 2017 – Das japanische Unternehmen Tanaka Precious Metals präsentiert seine neuste Technologie aus dem Bereich der gedruckten Elektronik erstmals in Deutschland vom 14. bis 17. November 2017 auf der productronica in München. Der Spezialist für Edelmetallanwendungen entwickelt seit über 30 Jahren innovative Lösungen für die Elektronik-, Halbleiter- und Automobilindustrie.

Wie kommen Leiterbahnen auf Glas oder Kunststoff? Üblicherweise durch aufwändige Belichtungs- und Ätzprozesse bei hohen Temperaturen und im Vakuum. Für die neue Generation der gedruckten Elektronik ist das nicht mehr praktikabel. Electroplating Engineers of Japan EEJA, ein Tochterunternehmen der Tanaka Holding, hat nun ein Verfahren entwickelt, das Leiterbahnen wesentlich einfacher durch Beschichten erzeugt und das sich für die Massenproduktion eignet. Mit einem lichtempfindlichen Haftgrund und Kolloidkatalysator lassen sich feinste Verbindungen mit nur fünf Mikrometer Breite und hoher Leitfähigkeit direkt durch Ablagerung von Metall auf dem Trägermaterial erzeugen und das bei niedrigen Temperaturen.

Die wichtigsten Einsatzgebiete sind flexible Displays, Antennen und Sensoren. Möglich sind zudem Leiterbahnen auf dreidimensionalen Oberflächen, auch Verbindungssysteme mit Leitern und Elektroden in gegossenem Harz sind denkbar. Außerdem ist es durch Kombination mit isolierenden Materialien bereits gelungen, Leiter in mehreren Schichten zu erzeugen. Tanaka geht davon aus, dass das Verfahren zu weiteren Innovationen bei der Erzeugung von metallischen Leitern führen wird.

Gedruckte Elektronik gilt als wichtige Schlüsseltechnologie. Schon länger wird versucht, Leiterbahnen mit metallhaltigen Tinten auf Trägermaterialien zu drucken – doch bisher ist es nicht gelungen, bei niedrigen Temperaturen Leiter mit geringem elektrischem Widerstand zu erzeugen. Der Durchbruch gelang den Wissenschaftlern von EEJA mit der Entwicklung einer lichtempfindlichen Haftschicht (Primer) sowie eines Kolloid-Katalysators. Die Haftschicht ist eine Harzlösung basierend auf organischen Lösemitteln. Sie sammelt Nanopartikel aus Gold ein, die auf dieser Schicht haften – allerdings nur dort, wo die Schicht nicht mit UV-Licht belichtet wurde. Die Gold-Nanopartikel sind in Wasser kolloidal gelöst, sie haften automatisch an der Oberfläche des Primers. Das Gold ist ein sehr aktiver Katalysator, der Metallionen reduziert, wodurch sich diese Ionen auf den Gold-Partikeln ablagern und den eigentlichen Leiter bilden.

Die Technologie hat viele Vorteile

– Die Leiterbahnen bilden sich bei der neuen Technologie aus einer wässrigen Lösung, der Umweg über einen Photoresist entfällt. Deshalb muss der Prozess auch nicht im Vakuum stattfinden. Die Verfahrensschritte lassen sich einfach skalieren und automatisieren, damit eignet sich der Prozess für die Massenproduktion von Metallleiterbahnen höchster Leitfähigkeit auf verschiedenen Trägermaterialien.

– Das Verfahren läuft bei Temperaturen unter 100 Grad Celsius ab. Als Trägermaterial eignen sich viele nichtleitende Trägermaterialien, darunter auch solche, die nur niedrige Temperaturen aushalten wie zum Beispiel PET oder andere Kunststofffolien. Dabei ist gleichzeitig der spezifische elektrische Widerstand deutlich geringer als bei Verfahren mit metallischen Tinten und beträgt zum Beispiel bei Gold 3,3 μcm und bei Kupfer 2,3 μcm.

– Die Bindung des Metallleiters zur Oberfläche ist mit 0,5 N/mm selbst auf einer glatten PET-Oberfläche mit einem Rauwert Ra von 10 nm ausreichend hoch.

– Zur Belichtung genügt ultraviolettes Licht mit einer Wellenlänge von 300 Nanometer. Excimer-Lichtquellen mit kürzeren Wellen wie sie bei existierenden Verfahren zur Erzeugung von Leiterbahnenmustern verwendet werden, sind hier überflüssig. Vorteil: Einrichtungen wie Stickstoffspülung und Entfernen von Ozon aus der Lichtquelle können entfallen.

– Die Technologie eignet sich für verschiedene Verfahren zur Herstellung von Leiterbahnen, die Druckverfahren mit Belichtungsverfahren kombinieren. Möglich sind Varianten, bei denen die Lösung mit Gold-Nanopartikeln auf die mit dem Primer beschichtete Oberfläche des Trägermaterials gedruckt wird. Oder der Primer wird auf das Trägermaterial gedruckt und in die Lösung mit den Gold-Partikeln getaucht.

Electroplating Engineers of Japan plant den Start der Auslieferung des lichtempfindlichen Primers, des Kolloidkatalysators mit den Gold-Nanopartikeln und der elektrofreien Beschichtungslösung für Ende 2017.

Das Erzeugen des Leiters erfolgt in vier Schritten:

1. Auftragen des Primers: Der Haftvermittler (Primer) wird auf das Trägermaterial aufgetragen wo er einige Minuten bei 80 bis 150 Grad Celsius trocknet. Dabei entsteht auf der Oberfläche ein Akzeptor, der im dritten Schritt die Gold-Nanopartikel einfängt.

2. Belichtung: Durch eine Photomaske wird das Trägermaterial zwischen zehn und 60 Sekunden ultraviolettem Licht ausgesetzt. Dies löscht an den belichteten Stellen die Akzeptor-Funktion des Primers.

3. Bindung der Gold-Nanopartikel: Das Trägermaterial wird zwischen zehn Sekunden und zehn Minuten in eine Kolloidlösung mit Gold-Nanopartikeln getaucht. Die Gold-Partikel werden an den nicht belichteten Stellen vom Akzeptor auf der Primer-Oberfläche gebunden.

4. Beschichtung: Das Trägermaterial wird in ein Beschichtungsbad getaucht, in dem Metallionen gelöst sind. Die Ionen lagern sich als Metall auf den Gold-Nanopartikeln ab, die auf der Primer-Oberfläche haften, und bilden so das Muster des eigentlichen metallischen Leiters. Dafür muss keine elektrische Spannung angelegt werden.

Über Tanaka Precious Metals

Der japanische Edelmetallhersteller Tanaka Precious Metals mit Sitz in Tokio wurde 1885 gegründet und hat seitdem ein breitgefächertes Leistungsangebot entwickelt für die Anwendung von Edelmetallen in industriellen Produkten für die Elektronik-, Halbleiter- und Automobilbranche. Seit dem 1. April 2010 gehört Tanaka Precious Metals zur Holdinggesellschaft Tanaka Holdings Co. Ltd. Kooperationen innerhalb des Konzerns ermöglichen Tanaka Precious Metals, seinen Kunden eine noch breitere Produktpalette und umfangreiche Services anzubieten. Das Unternehmen gehört zu den japanischen Spitzenunternehmen im Bereich Edelmetallherstellung und investiert kontinuierlich in Verfahren zur Bereitstellung und Verwendung von Edelmetallen.

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