FLEXJET

Problemstellung

Durch die anhaltende Tendenz zur Miniaturisierung im Bereich des Mikroelektronik-Frontends wird das Packaging bzw. die Systemintegration zunehmend mit Komponenten konfrontiert, deren Strukturweiten deutlich kleiner sind als heute. In engem Zusammenhang damit besteht der Bedarf zukünftiger Prozesstechnologien zur Materialdosierung mit minimierten Volumina, flexibel angepasst an Strukturgrößen auf Chipebene im Bereich < 20 µm. Diese Vorgaben stellen höchste Anforderungen an das Auftragen und die Formstabilität der Materialdepots für die Aufbau- und Verbindungstechnik elektronischer Baugruppen. Als Konsequenz wird die Entwicklung von Applikationsverfahren für nanoskalige Verbindungswerkstoffe erforderlich, die den Ansprüchen einer Serienproduktion gerecht werden.
In der Weiterentwicklung der Jet-Technologie für die Nano-, Aufbau- und Verbindungstechnik wird ein großes technologisches Potenzial gesehen, da Jetten als rein additives Verfahren durch den sehr effizienten Materialeinsatz kostengünstig und umweltverträglich ist. Aufwendige Strukturierungsverfahren sind nicht erforderlich.


Projektziele und Vorgehensweise

Ziel des Verbundprojektes war die Weiterentwicklung der Ink-Jet-Technologie zur Erzeugung von Leiterbahnen und Verkapselungen von Bauteilen auf der Leiterplatte. Neben der Gerätetechnik zur Dosierung von Klebstoffen (Tropfendurchmesser < 20 µm) und Dielektrika (Tropfendurchmesser < 100 µm) sollten spezielle jet-fähige Materialien und der Zuverlässigkeitsnachweis der Druckprozesse entwickelt werden. Es werden drei verschiedene Jet-Systeme eingesetzt: ein auf Nadelventiltechnologie basierendes System für das Verdüsen von thixotropen Dielektrika mit hohen Viskositäten, ein InkJet-System zur Verarbeitung silbergefüllter Leitklebstoffe mit niedrigen Viskositäten und das Maskless Mesoscale Material Deposition [M³D] Verfahren für niedrig und mittelviskose neuen Suspensionen. Um feinste Damm-Strukturen berührungslos zu realisieren, sollten die vorhandenen Materialien unter Verwendung nanoskaliger Füllstoffe bezüglich der Wärmeausdehnungskoeffizienten, der Viskosität und der Fließgrenze modifiziert. Für die Realisierung von Feinstleiterstrukturen bzw. von leitfähigen Komponentenverklebungen werden isotrop leitfähige Pasten entwickelt werden.
Ein weiteres Ziel des Projekts war die Entwicklung einer Maschinenplattform mit Adaptionsmöglichkeiten für die entsprechenden Jetventile und integriertem positionier- und Prozessüberwachungssystem. Die elektrischen Materialeigenschaften der leitfähigen Schichten und die adhäsiven und thermomechanischen Eigenschaften beider Materialsysteme sollten initial und nach Alterung untersucht. Anschließend sollte die Zuverlässigkeit der im Projekt realisierten Strukturen mittels thermomechanischer Simulation und Deformationsanalysen bewertet und die entwickelten Prozesse bezüglich ihrer Präzision und Zuverlässigkeit charakterisiert.

Umm die Ziele zu erreichen, wurden neben der gerätetechnischen Entwicklung der Produktionstechnik auch die Entwicklung und Anpassung von Materialien durchgeführt, dies vor allem durch die Verwendung von nanoskaligen bzw. nanofunktionalisierten Füllstoffen. So wurde beispielsweise für niederviskose Leitklebstoffe die reproduzierbare Dosierung von Tropfendurchmesser von ca. 30 µm unter industriellen Fertigungsbedingungen realisiert, für höherviskose Dielektrika konnten Strukturbreiten von ca. 200 µm kontaktlos erreicht werden. Auf dieser basis wurde eine ges
chlossene Fertigungs- und Produktionskette für mikrostrukturierte funktionale Teile prototypisch entwickelt und realisiert.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial

Das Konsortium hat die vollständige Wertschöpfungskette von der Entwicklung der Materialien über die Entwicklung der Herstellungstechnologie und den Anlagenbau bis zur Produktintegration abgebildet. Durch den erfolgreichen Projektabschluss ist das Konsortium somit zu einem ersten Anbieter eines flexiblen Serienfertigungsprozesses für gejettete Mikrostrukturen, für das Mikroelektronik/MEMS-Packaging und die Nano-, Aufbau-, und Verbindungstechnik. Die Nutzung von Mikrojetverfahren für den AUfbau von SAW Bausteinen und für SiP /Package-on-Package Anwendungen hat ein großes Marktpotenzial insbesondere durch die Adaption der Prozesse an die Fertigung von fortschrittlicher Sensorik im Allgemeinen.