Laseraktivierbarer PEEK-Kunststoff in der Wafer-Produktion

Der Markt für Sensoranwendungen wächst stetig. In vielen Branchen, wie der Telekommunikation, der Automobil- und Luftfahrtindustrie oder dem Maschinenbau, werden Mikrosysteme immer häufiger benötigt und sind damit wichtige und ausschlaggebende Bestandteile vieler Produkte. Je nach Zweck der Anwendung gibt es zahlreiche verschiedene Sensoren: PT Sensoren, Magnetfeld-Sensoren, Eddy Current Sensoren, Coil Applications oder Optical Sensoren stellen nur eine kleine Auswahl dar.

Die Basis dieser Sensoren bilden sogenannte Wafer. Als Wafer werden in der Halbleitertechnik kreisrunde oder quadratische, etwa ein Millimeter dicke Scheiben bezeichnet, die in der Regel aus Silizium bestehen. Sie werden aus ein- oder polykristalinen Rohlingen hergestellt und dienen als Träger-Substrat für elektronische Bauelemente. 


Neue und innovative WaferHerstellung

Die Produktion und Weiterverarbeitung von Siliziumwafern ist aufwendig und hochpreisig. Ein neues Verfahren zur Herstellung von Sensoranwendungen auf Basis von thermoplastischen Materialien ermöglicht eine kostengünstige sowie einfache Alternative.

Ausgangsbasis ist hierfür ein Wafer-Substrat aus laseraktivierbarem PEEK (PEEK LDS) auf dem die Anbringung von sehr feinen Leiterbahnstrukturen möglich ist. Üblicherweise werden Sensorstrukturen mittels Lithografie- und Beschichtungsprozessen auf Siliziumsubstraten unter Reinraumbedingungen erzeugt. Dies stellt hohe Anforderungen an die Infrastruktur und verursacht hohe Betriebskosten.

Mit dem neuentwickelten Ansatz werden Sensorstrukturen und vertikal elektrisch leitende Verbindungen bei der Herstellung der PEEK-Substrate im Spritzgussverfahren direkt berücksichtigt. Die komplexen und kostenintensiven Prozessschritte der Lithografie fallen weg. Daraufhin werden Vertiefungen gebohrt und das LDS-kompatible PEEK aktiviert. Anschließend werden die PEEK-Wafer mit einer magnetoresistiven Schicht beschichtet und die Kavität sowie die definierten Sensorstrukturen im CMP-Verfahren freigelegt.

Die folgenden Grafiken stellen den konventionellen und neuen Herstellungsprozess gegenüber.

Waferherstellung (Stufe 1)

Waferherstellungsprozess auf Basis von Silizium

Die Produktion von Siliziumwafern ist sehr aufwendig und hochpreisig.

Waferherstellungsprozess auf Basis von PEEK LDS

Bei der Waferherstellung auf Basis von PEEK LDS sind nur noch drei statt sieben Prozessschritte erforderlich.

Packaging (Stufe 2)

Auch der anschließende Packaging-Vorgang (zur Oberflächenmontage und Installation des Wafer-Chips auf die Leiterplatte) entfällt mit dem neuen Verfahren, da der PEEK-Wafer im Gegensatz zum Siliziumwafer direkt angebracht werden kann.

Packaging-Vorgang mit Siliziumwafer

Packaging-Vorgang mit PEEK-Wafer

Verbindung (Stufe 3)

Im konventionellen Verfahren mit dem Siliziumwafer erfolgt die Verbindung mit der Leiterplatte durch Löten der Bonddrähte. Der PEEK-Wafer hingegen kann durch unten platzierte Lötpads angebracht werden.

Verbindung mit Siliziumwafern 

 Verpackter Wafer-Chip, auf die Leiterplatte gelötet

Verbindung mit PEEK-Wafern

Wafer-Chip, direkt auf die Leiterplatte gelötet

Vorteile von PEEK-WaferN

  • Komplexität bei Herstellung und Packaging von sieben auf drei Prozess-Schritte reduziert
  • Keine Reinraumumgebung und Fotolithografie erforderlich
  • Inhouse Fertigungsprozess möglich
  • Die Verwendung von laseraktivierbarem PEEK als Substrat kann Kostenvorteile in der Produktion bringen, da PEEK deutlich günstiger als Silizium ist
  • Schnellere Fertigung durch kürzere Prozesskette
  • Weniger Maschinen erforderlich

Einsparpotential von 90% möglich!


Freigegebene Materialien

Das LDS Verfahren wurde durch die LPKF Laser & Electronics AG entwickelt. Die folgenden Ensinger Materialien sind von LPKF für diese Anwendung freigegeben:

  • TECACOMP PEEK LDS black 1017665
  • TECACOMP LCP LDS black 1014978
  • TECACOMP LCP LDS black 1049426
  • TECACOMP PPA LDS black 1014979 (thermal conductive)
  • TECACOMP PPA LDS black 1014980 (thermal conductive )

Mehr Informationen zum LDS Verfahren und LPKF finden Sie hier: Laser-Direktstrukturierung (LDS) von 3D-MIDs 


Business Case

Compounds: Business Case – AMR Sensoren

Alternative Fertigungsmethoden für Sensoranwendungen wurden untersucht und zeigen, dass modifiziertes Polyetheretherketon (PEEK) hochpreisige Substrate wie Silizium ersetzen kann.