Höchste Effizienz durch dünnste Schichten als Schutz von elektronischen Schaltungen unter harschen Umgebungen

Transkript

1 Höchste Effizienz durch dünnste Schichten als Schutz von elektronischen Schaltungen unter harschen Umgebungen Prof. Dr. Volker Bucher, HFU und Steinbeis-Transferzentrum Oberflächen- und Beschichtungstechnik

2 Labor im Studienzentrum Rottweil der HFU

3 Verbundprojekt UNI FR (IMTEK) und HFU

4 Aufgabenstellung An Beispielen aus der Medizintechnik für intelligente Mikroimplantate werden Basistechnologien aus Ingenieur- und Materialwissenschaften zu Fertigungsverfahren entwickelt und zur Systemintegration angewendet, um Verbundschichtsysteme aus organischen und anorganischen Materialien als Kapselungsschichten für raue Umgebungen (harsh environment) zu entwickeln, wie es beispielsweise im Körper vorliegt.

5 Der Aspekt der Nachhaltigkeit Sensor-Aktor-Systeme Lange Lebensdauer: funktional sicher und resilient Geringer Materialbedarf = Ressourcenschonung Eigenschaften auch unter rauen Bedingungen am Beispiel von Implantaten im Körper

6 Motivation Elektrisch aktive Mikroimplantate eröffnen ein neues Anwendungs-spektrum für Diagnose- und Therapieverfahren Langzeiteinsatz der funktionellen Mikroimplantate erfordert hermetische Dünnschichtverkapselungen, um das Körpergewebe vor elektrischen Strömen die Implantat-Elektronik langzeitstabil vor Korrosion durch Körperelektrolyt zu schützen Mikroimplantat zur Epilepsietherapie, NMI

7 Schutz von flexibler Elektronik in harscher Umgebung Folien-basierte Elektronik für Stimulation und Ableitung von neuronalen Signalen BMBF-Projekt Neuroflexarray

8 Vorarbeiten zu Verkapselungskonzepten Dissertation Michael Weinmann (Verteidigung März 2017) Parylen-C-SiO x C y -Isolationsschicht Ti-Au-Ti-Wasserdampfbarriere Silikon-Isolationsschicht Grafik: Michael Weinmann

9 Beschichtung 1.Verdampfung des Dimers 2.Pyrolyse (Aufbruch der Bindungen) 3. Abscheidung aus Gasphase Abb.2: LabCoater 300 (PPS)

10 Wieso ALD? Quelle: J. Provine and M. Rincon, Atomic Layer Deposition: Introduction to the Theory and Cambridge Nanotech Savannah & Fiji, NNIN ALD Roadshow, 2012.

11 ALD: Defektfreies und konformes Wachstum Quelle:

12 Myplas PEALD System Myplas PEALD, Plasma Electronic GmbH, Neuenburg Reaktorvolumen: ca. 10 l Max. Substratgröße (BxHxT): 150x150x150 mm Direktes Plasma über RF-Generator (13,56 MHz) - Remote Plasma-Betrieb möglich O 2 - und Ar-Plasma Etablierte Prozesse (Precursoren): Trimethylaluminium (TMA)! Al 2 O 3 -Schichten Titan(IV)-isopropoxid (TTIP)! TiO 2 -Schichten Multilagen aus Titan- und Aluminiumoxid Hafnium(IV)-tert-butoxid (HTB)! HfO 2 -Schichten 3-Aminopropyltriethoxysilan (APTES)! SiO 2 - Schichten

13 Atomic Layer Deposition PECVD, ALD, RIE Cluster-Unit in Furtwangen AG Prof. U. Mescheder 13 Oberrhein Allianz Stieglitz Bucher

14 Parylen-ALD-Multilagen Erste Arbeiten: Schichtsystem: Parylen - 3x (ALD-Parylen) Material Schichtdicke (nm) Parylen C 1100 ALD 5x(Al2O3, TiO2) Multilage 100 Parylen C 1100 ALD 5x(Al2O3, TiO2) Multilage 100 Parylen C 1100 ALD 5x(Al2O3, TiO2) Multilage 100 Parylen C 1100 Parylen-C Parylen-C 5 nm TiO 2 15 nm Al 2 O 3

15 Parylen-ALD-Multilagen Gitterschnitt-Test (DIN EN ISO 2409) Beschichtung auf Glasperlen-gestrahltem Stahl! ok

16 Mechanische und chemische Belastung Quelle: Diss. Westerhausen (Uni Tübingen)

17

18

19 DANKE FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT!