Korrosion verhindern Neuartige Schutzbeschichtungen für elektronische Komponenten entwickelt

Redakteur: Dipl.-Ing. Dorothee Quitter

Mikroelektronische Bauteile sollen immer mehr Funktionen auf immer engerem Raum integrieren und gleichzeitig lebenslange Zuverlässigkeit garantieren. Damit Korrosionsschäden nicht zu Ausfällen führen, entwickelt das Fraunhofer IFAM neuartige Schutzbeschichtungen.

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Beschichtung eines elektronischen Bauteils zur Verbesserung der Langlebigkeit und funktionalen Sicherheit.
Beschichtung eines elektronischen Bauteils zur Verbesserung der Langlebigkeit und funktionalen Sicherheit.
(Bild: Fraunhofer IFAM)

Nach Angaben des Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM erreichen Halbleiterbauelemente und elektronische Systeme unter den Herausforderungen der Miniaturisierung und Funktionsintegration ihre Grenzen und werden empfindlicher gegenüber den reduzierten Toleranzen immer komplexer werdenden Gehäuse- und Board-Technologien. Zudem können sich zahlreiche neue Anwendungen keine Ausfälle leisten. Im Projekt Intelligent Reliability 4.0 sollen daher zuverlässige elektronische Komponenten und Systeme schneller entwickelt und neue Prozesse mit höherer Geschwindigkeit in die Produktion überführt werden.

Korrosion, Feuchtigkeit und Schadgase verhindern

Am Fraunhofer IFAM entwickeln die Abteilungen Lacktechnik sowie Plasmatechnik und Oberflächen Technologien zum Schutz von Bauteilen. Durch die Kombination ihrer Kernkompetenzen sollen nun neuartige Schutzbeschichtungen für mikroelektronische Komponenten umfassend bearbeitet werden. Die Aufgabe innerhalb des Projekt-Arbeitspaketes „Materialentwicklung und -prüfung für den Bauteilschutz“ besteht in der Entwicklung und Charakterisierung von speziellen Schutzbeschichtungen gegenüber der Diffusion von Wasser bzw. Elektrolytlösungen und Sauerstoff. Durch diese Schichten soll verhindert werden, dass es im Bereich der metallischen Strukturen von 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.

Barrierebeschichtung mit Plasmapolymerschicht kombiniert

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. Sie bieten eine Kombination aus Korrosionsschutz und Vermeidung von Umwelteinflüssen. Zusätzlich wird eine Barriereschicht auf Basis von UV-strukturierbaren Polymeren und speziellen Pigmenten entwickelt, die mittels plättchenförmiger Partikel die elektronischen Bauteile gegen Schadgase und Feuchtigkeit abschirmt. 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 auch ein gutes Entwärmungsverhalten angestrebt.

Aufbau eines neuartigen Beschichtungssystems zum Schutz vor Korrosion und zur Verbesserung der Langlebigkeit elektronischer Bauteile.
Aufbau eines neuartigen Beschichtungssystems zum Schutz vor Korrosion und zur Verbesserung der Langlebigkeit elektronischer Bauteile.
(Bild: Fraunhofer IFAM)

Zudem werden Plasmapolymerschichten angewandt, die speziell die Fragestellung der Adhäsionsvermittlung zwischen dem metallischen Leiter und Mould-Material bzw. der Schutzbarriereschicht adressieren. Dabei geht es sowohl um den Schutz der Leiteroberfläche bzw. der Bondverbindung für den Fall des Adhäsionsverlustes als auch um den Ausgleich der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten während des Betriebes. Daneben sollen die Schichten die schädlichen chemischen Reaktionen, die im Laufe der Nutzungsdauer entstehen, auf ein Minimum reduzieren. Die Schichtabscheidung durch atmosphärische Plasmatechnik schließt mit sehr geringen Schichtdicken unter 1 µm die Oberflächen formgenau ab und erhöht so die Schutzwirkung, ohne signifikanten Einfluss auf das Entwärmungsverhalten der Bauteile zu nehmen.

Die Kombinationen dieser Technologien werden im Rahmen des Projektes bewertet und den aktuellen Anforderungen angepasst. Somit soll ein gezieltes und anwendungsorientiertes Vorgehen garantiert werden.

Das Projekt Intelligent Reliability 4.0

Im Projekt Intelligent Reliability 4.0 kommen unter der Leitung der Infineon Technologies AG die führenden Zuverlässigkeitsexperten und europäischen Hersteller elektronischer Komponenten aus 13 Ländern zusammen, um eine nachhaltige Pan-Europäische Zuverlässigkeits-Community über die nächsten Jahre aufzubauen. Gemeinsam wird das übergeordnete Ziel verfolgt, die Zuverlässigkeit von elektronischen Komponenten und Systemen durch Reduzierung der Fehlerrate entlang der Wertschöpfungskette zu verbessern.

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