Additive Fertigung in der Mikroelektronik

Die von Boston Micro Fabrication (BMF) als Pionier im Bereich Mikro-3D- Drucksysteme entwickelte Projektionsmikro-Stereolithografie (PµSL) erweitert die Möglichkeiten der Mikroelektronik. So erzeugt das amerikanische Forschungslabor HRL Laboratories damit komplexe Kanäle (Vias) für elektrische Verbindungen in integrierten, mikroelektronischen 3D- Subsystemen.

CAD-Ansicht eines Bauteils mit gekrümmten Vias, die leitende Verbindungen zwischen Halbleiterschichten in integrierten Schaltungen ermöglichen. (Bild: BMF Precision Inc.)

CAD-Ansicht eines Bauteils mit gekrümmten Vias, die leitende Verbindungen zwischen Halbleiterschichten in integrierten Schaltungen ermöglichen. (Bild: BMF Precision Inc.)

Der Bedarf an hochpräzisen Teilen und höherer Auflösung treibt die Entwicklung der Additiven Fertigung voran. Das neueste 3D-Druckerdesign von Boston Micro Fabrication (BMF) kann mit der Projektionsmikro- Stereolithografie (PµSL) Polymerteile mit einer Auflösung von bis zu zwei µm drucken – eine bisher im 3D-Druck unerreichte Dimension. Die PµSL- Technologie ermöglicht einen ultrahochauflösenden, schnellen 3D-Druck in der Qualität von Serienteilen. Mit dem Modell microArch S130 von BMF haben die amerikanischen HRL Laboratories, ein 1948 gegründetes Forschungslabor für Physik und Ingenieurwissenschaften in Malibu, Kalifornien, nun Keramik- Zwischenschichten mit schrägen und gekrümmten Vias erzeugt, die sich bisher nicht herstellen ließen. Vias sind kleine, offene Kanäle in isolierenden Schichten, die leitende Verbindungen zwischen Halbleiterschichten in integrierten Schaltungen ermöglichen.

In einem von HRL entwickelten, niedrigviskosen Keramikharz wurden verschiedene Anordnungen gerader, schräger und gekrümmter Vias weniger als zehn µm Durchmesser gedruckt. Dabei zeigte sich, dass die Additive Fertigung mit PµSL nahezu grenzenlose Möglichkeiten für das Routing bietet. Die in Keramik gedruckten Vias werden anschließend metallisiert, um verschiedene Komponenten und integrierte Schaltkreise elektrisch zu verbinden.

Mikro-Röntgen-Computertomographie-Ansicht eines Keramikbauteils mit schrägen und gekrümmten Vias. (Bild: BMF Precision Inc.)

Mikro-Röntgen-Computertomographie-Ansicht eines Keramikbauteils mit schrägen und gekrümmten Vias. (Bild: BMF Precision Inc.)

Die in Keramik gedruckten Vias werden anschließend metallisiert, um verschiedene Komponenten und integrierte Schaltkreise elektrisch zu verbinden. (Bild: BMF Precision Inc.)

Die in Keramik gedruckten Vias werden anschließend metallisiert, um verschiedene Komponenten und integrierte Schaltkreise elektrisch zu verbinden. (Bild: BMF Precision Inc.)

Mehrwert der AF nutzen

Die Technologie wird benötigt, um integrierte mikroelektronische 3D- Subsysteme wie Infrarotkameras und Radarempfänger zu verbessern. Wenn die Grenzen der elektrischen Verbindungen und des Schichtens entfallen, lassen sich kleinere, leichtere und energieeffizientere Systemdesigns realisieren. Dazu trägt nun die additive Fertigungstechnologie bei. Mit herkömmlichen Methoden der Halbleiterbearbeitung wie chemischem Ätzen können nur gerade Durchkontaktierungen hergestellt werden. Größere Löcher können auch schräg in das Material gebohrt werden. Doch keine dieser Methoden erlaubt die Herstellung von Vias mit Krümmungen.

Eine weitere, bereits erprobte Anwendung sind Mikro-Elektromechanische Systeme (MEMS). Zu dieser Vielzahl von Komponenten gehören Mikroschalter, Steckverbinder und Sicherheitsteile, die in vielen branchenspezifischen Anwendungen eingesetzt werden – von Mobiltelefonen bis hin zu SmallSat- Satelliten. Doch auch Getriebe und Motoren, Ventile und Aktuatoren sowie eine große Vielfalt von Sensoren können als MEMS additiv gefertigt werden. In der Automobilindustrie finden sie sich in Beschleunigungssensoren für die Airbag-Auslösung und elektronische Stabilitätskontrolle verwendet.

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