Sensor-Durchbruch Laserstrukturierung ersetzt Silizium durch günstiges PEEK

Sensoren und Mikrosysteme sind in der Regel aus Silizium. Am IMPT der Leibnitz-Universität in Hannover fand man heraus, dass man die Systeme aus Kunststoff viel wirtschaftlicher herstellen kann.

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Sensoren werden fast überall in modernen Systemen gebraucht. Ihre Basis bilden Siliziumwafer, die aufwendig bearbeitet und behandelt werden müssen, bis ein Sensor einsatzfähig ist, heißt es. Das Institut für Mikroproduktionstechnik der Leibnitz Universität Hannover (IMPT) hat eine alternative Fertigungsmethode für Sensoranwendungen mit Erfolg untersucht. Die Studie zeigt, dass modifiziertes Polyetheretherketon (PEEK) teure Sensorsubstrate wie eben Silizium ersetzen kann. Für die Herstellung eines Funktionsdemonstrators, genauer gesagt, eines Temperatur- und Magnetfeldsensors reicht jetzt das Spritzgießen mit Laserdirektstrukturierung (LDS). Der Kunststoff der das erlaubt, heißt Tecacomp PEEK LDS black 1047045 und stammt aus dem Hause Ensinger, informieren die Forschenden.

Aus sieben Fertigungsschritten drei gemacht

Wie die Experten sagen, kommt die verkürzte Prozesskette anders als bei der Siliziumwafer-Bearbeitung komplett ohne Reinraum und Fotolithografie aus. Die verbleibenden Prozessschritte sind:

• 1. Spritzgießen der Sensorsubstrate aus dem oben genannten, laseraktivierbaren Hochleistungs-Kunststoff PEEK. Vordefinierte Sensorstrukturen und alle später für die elektrische Leitung wichtigen Merkmale zur Durchkontaktierung können dabei schon berücksichtigt werden;

• 2. Vertiefungen werden per Laser gebohrt und das PEEK zu dessen Aktivierung stromlos und selektiv mit Metall beschichtet;

• 3. Im letzten Schritt appliziert man per Kathodenzerstäubung eine unstrukturierte Sensorschicht. Durch chemisch-mechanisches Polieren (CMP) legt man dann die nötigen Strukturen frei.

Mehr zum verwendeten Hochleistungs-Kunststoff PEEK

Tecacomp PEEK LDS black 1047045 ist laut Ensinger, dem einzigen Anbieter solcher laseraktivierbaren Thermoplaste, mineralisch gefüllt, um optimal auf den Laser reagieren zu können. Er hält einer Temperatur von 260 °C dauerhaft aus, heißt es zudem. Sein thermischer Längenausdehnungskoeffizient liege sehr nahe bei dem von Stahl.

Stefan Bur, Applikation Segment Manager MID/LDS bei Ensinger, verspricht sich davon viel: „In der Elektronikbranche wird PEEK immer beliebter. Das IMPT hat nun bewiesen, dass das spezielle Tecacomp PEEK LDS als alternatives Wafermaterial verwendet werden kann. Die ersten daraus hergestellten Sensoren brachten auf Anhieb 75 Prozent der Leistung eines Silizumwafers.“ Und die Herstellkosten bei der PEEK-Alternative sollen nur 10 Prozent betragen. Ensinger glaubt deshalb, dass bald auch mittelständische Unternehmen mithilfe des LDS-Verfahrens brauchbare Wafer für die Mikrosystemtechnik fertigen können. Das sei ein klares Signal dafür, noch mehr in die Weiterentwicklung dieser Compounds zu investieren. Bur merkt dazu an: „Unser neues Produkt Tecacomp PEEK LDS grey ist übrigens schon für Anwendungen mit besonders hohen Oberflächenanforderungen optimiert.“

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