Boston Micro Fabrication: Mikrostrukturen im 3D-Druck Additiv fertigen für Mikroelektronik

Redakteur: Konrad Mücke

Die von Boston Micro Fabrication (BMF) als Pionier im Bereich Mikro-3D-Drucksysteme entwickelte Projektions-Mikrostereolithografie (PµSL) ermöglicht, komplexe Kanäle (Vias) für elektrische Verbindungen in integrierten, mikroelektronischen 3D-Subsystemen zu generieren.

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Räumlich gekrümmte Leiterbahnen beliebiger Lage lassen sich dank mikroskopischer additiver Fertigung inzwischen nicht nur konstruieren sondern auch fertigen.
Räumlich gekrümmte Leiterbahnen beliebiger Lage lassen sich dank mikroskopischer additiver Fertigung inzwischen nicht nur konstruieren sondern auch fertigen.
(Bild: Boston Micro Fabrication Inc.)

Der Bedarf an hochpräzisen Bauteilen und höherer Auflösung treibt die Entwicklung der additiven Fertigung voran. Das neueste 3D-Drucker-Design von Boston Micro Fabrication kann mit der Projektions-Mikro­stereolithografie (PµSL) Polymerteile mit einer Auflösung von bis zu zwei µm drucken.

Damit steht nun erstmals der 3D-Druck für Mikrostrukturen zur Verfügung. Die PµSL-Technologie ermöglicht, ultra­hochauflösend und schnell generativ bei höchster Qualität zu fertigen.

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Mikrokanäle für Leiterbahnen

Mit dem 3D-Drucker microArch S130 von BMF haben Spezialisten der amerikanischen HRL Laboratories (ein im Jahr 1948 gegründetes Forschungslabor für Physik und Ingenieurwissenschaften in Malibu, Kalifornien) nun Keramik-Zwischenschichten mit schrägen und gekrümmten Vias – kleine, offene Kanäle in isolierenden Schichten – erzeugt. So etwas liess sich bisher nicht herstellen.

In Vias kann man leitende Verbindungen zwischen Halbleiterschichten in integrierten Schaltungen anlegen. Mit einem von den HRL Laboratories entwickelten, niedrigviskosen Keramikharz wurden unterschiedliche Anordnungen gerader, schräger und gekrümmter Vias gedruckt, die weniger als 10 µm Durchmesser haben.

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Elektronikschaltungen miniaturisieren

Die additive Fertigung mit PµSL – so die Erkenntnis der Forscher in den USA – sorgt für eine nahezu grenzenlose Erweiterung des Routings, also der Verbindung elektronischer Bau- und Funktionselemente durch Leiterbahnen. Die in Keramik gedruckten Vias werden metallisiert, um unterschiedliche Komponenten und integrierte Schaltkreise elektrisch zu verbinden. Die Technologie dient dazu, integrierte mikroelektronische 3D-Subsysteme zu verbessern. Das betrifft beispielsweise Infrarotkameras und Radarempfänger. Entfallen die bisherigen Grenzen, die durch das Schichten und elektrisch Verbinden gegeben sind, lassen sich kleinere, leichtere und energieeffizientere Systemdesigns realisieren.

Dazu trägt nun die additive Fertigungstechnologie bei. Mit herkömmlichen Verfahren der Halbleiterbearbeitung, wie dem chemischen Ätzen, können nur gerade Durchkontaktierungen hergestellt werden. Grössere Löcher können auch schräg in das Material gebohrt werden. Doch keine dieser Methoden ermöglicht, gekrümmte und räumlich beliebige Vias herzustellen. Das gelingt einzig mit additiver Fertigung der Trägerkomponenten.

Chancen für die Mikromechanik

Eine weitere, bereits erprobte Anwendung sind Mikroelektromechanische Systeme (MEMS). Zu dieser Vielzahl von Komponenten gehören Mikroschalter, Steckverbinder und Sicherheitsteile, die in vielen branchenspezifischen Anwendungen eingesetzt werden – von Mobiltelefonen bis hin zu Mikrosatelliten (SmallSat). Doch auch Getriebe und Motoren, Ventile und Aktuatoren sowie eine Vielfalt von Sensoren können als MEMS additiv gefertigt werden. In der Automobilindustrie finden diese sich in Systemen zum Auslösen der Airbags und in elektronischen Stabilitätskontrollen. - kmu - SMM

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