Neuartige Schutzbeschichtungen für elektronische Komponenten

Im Zuge der Miniaturi­sierung und der Integration von immer mehr Funktionen auf engerem Raum steigen die Ansprüche an elektronische Komponenten und Systeme enorm. Gefordert wird höchste Zuver­lässig­keit über den gesamten Lebens­zyklus. Das ist eine elementare Voraus­setzung, um neue Techno­logien bei sicherheits­relevanten Anwendungen voran­zu­treiben und zu ermöglichen. Da Korrosions­schäden zu Ausfällen führen können, entwickelt das Fraunhofer-Institut für Fertigungs­technik und angewandte Material­forschung innerhalb des Projekts „Intelligent Reliability 4.0“ neuartige Schutz­beschich­tungen für mikro­elektronische Bauteile zur Sicherung der notwendigen Zuver­lässig­keit.

Am Fraunhofer-IFAM entwickeln die Abteilungen Lacktechnik sowie Plasma­technik und Ober­flächen schon lange Technologien zum Schutz von Bauteilen. Eine Besonderheit ist, dass durch das vorhandene Know-how und die Kombination der Kern­kompetenzen beider Abteilungen neuartige Schutz­beschich­tungen für mikro­elektronische Komponenten umfassend bearbeitet werden können. Im Rahmen des Projekts besteht die Aufgabe der Forscher des Fraunhofer-IFAM in der Entwicklung und Charakteri­sierung von speziellen Schutz­beschich­tungen gegenüber der Diffusion von Wasser, Elektro­lyt­lösungen und Sauerstoff. Durch diese Schichten soll verhindert werden, dass es im Bereich der metallischen Strukturen der mikro­elektronischen Komponenten zu Korrosions­erscheinungen und dadurch zu Fehl­funktionen oder Bauteil­ausfällen kommt.

Im Fokus der Projekt­arbeiten stehen insbesondere Mikrochips und Halb­leiter­strukturen für Leistungs­elektronik, die auf Basis von Barriere-Pigmenten und aktiven Korrosions­inhibitoren besser geschützt werden sollen. Weiterhin wird die Kombination dieser Materialien mit plasma­polymeren Schichten unter­sucht, die für die Aufgaben­stellung der Adhäsions­vermittlung unter Wärme­belastung und Schutz vor alters­bedingter Unter­wanderung gezielt adaptiert werden.

Im Detail besteht das Beschichtungs­konzept aus einem neuartigen Mould-Material auf Basis von Silikon­gelen oder alternativ aus Compression-Mould-Materialien, die hinsichtlich der Anwendung mit aktiven Korrosions­inhibitoren optimiert werden. Zusätzlich wird eine Barriere­schicht auf Basis von UV-strukturier­baren Polymeren und speziellen Pigmenten entwickelt. Hierbei kann es sich entweder um zwei einzeln applizierbare Schichten handeln, deren Position im Gesamtschichtaufbau dem Anwendungsprofil angepasst wird, oder aber um eine Kombinations­schicht, in der sowohl der Korrosions­schutz, als auch die Barriere­wirkung eingesetzt werden. Hierbei wird neben der Funktio­nalität vor allem auch ein gutes Entwärmungs­verhalten angestrebt.

Zudem werden Plasma­polymer­schichten angewandt, die speziell die Frage­stellung der Adhäsions­vermittlung zwischen dem metal­lischen Leiter und Mould-Material und der Schutz­barriere­schicht adressieren. Dabei geht es sowohl um den Schutz der Leiter­ober­fläche und der Bond­verbindung für den Fall des Adhäsions­verlustes als auch um den Ausgleich der unter­schied­lichen thermischen Ausdehnungs­koeffi­zienten während des Betriebs. Daneben sollen die Schichten die schädlichen chemischen Reaktionen, die im Laufe der Nutzungs­dauer entstehen, auf ein Minimum reduzieren.

Insgesamt wird das Schutzsystem Korrosion und andere Schäden durch beispiels­weise Feuchtig­keit oder Schadgase verhindern. Dafür wird unter anderem das Mould-Material mit aktiven Korrosions­inhibitoren ausgestattet und bietet somit eine Kombination aus Korrosions­schutz und Vermeidung von Umwelt­einflüssen, besonders vor dem Hintergrund der sehr speziellen Anforderungen an Schicht­dicke und thermischer Stabilität. Hierfür wird ergänzend eine Barriere­schicht entwickelt, die mittels plättchen­förmiger Partikel die elektronischen Bauteile gegen Schadgase und Feuchtigkeit abschirmt. Außerdem wird eine Schicht­abscheidung durch atmo­sphärische Plasma­technik angestrebt, die mit sehr geringen Schicht­dicken unter einem Mikrometer die Oberflächen formgenau abschließt und so die Schutz­wirkung erhöht, ohne signi­fi­kanten Einfluss auf das Entwärmungs­verhalten der Bauteile zu nehmen.

Die Kombinationen dieser Technologien werden im Rahmen des Projekts entlang der Wert­schöpfungskette in enger Zusammen­arbeit mit verschiedenen Partnern aus Forschung und Industrie bewertet und den aktuellen Anforderungen angepasst. Somit wird ein gezieltes und anwendungs­orientiertes Vorgehen garantiert und die neuen Technologien können zukunfts­weisend optimiert und eingesetzt werden.

FG / RK

Weitere Infos

• Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und angewandte Materialforschung, Bremen
• Intelligent Reliability 4.0 – Europe delivers electronic components you can rely on for next-generation applications, Europäische Kommission