Experte für die Miniaturisierung von elektronischen Schaltkreisen, speziell für die Medizintechnik.

Entgasen von Epoxidharz vor dem Aushärten

Die Schweizer Microdul AG ist ein anerkannter Experte für die Miniaturisierung von elektronischen Schaltkreisen, speziell für die Medizintechnik. Das Unternehmen verwendet standardmäßig einen Memmert Vakuumtrockenschrank VO 400 für das Entgasen von Epoxidharz bei der Herstellung von elektronischen Modulen, um zu vermeiden, dass vor dem Aushärten Hohlräume entstehen.

Memmert Vakuumtrockenschrank VO
Memmert Vakuumtrockenschrank VO
 
 

Herstellprozess für elektronische Module

  • Das im folgenden Beispiel gezeigte Modul besitzt einen Durchmesser von circa 2,5 cm bei nur 1,4 mm Dicke. Als Hauptkomponenten sind sieben integrierte Schaltkreise (Mikrochips) aufgebracht. Das elektronische Modul ist für den Einsatz in der Medizintechnik bestimmt und muss daher höchste Qualitätsansprüche von Seiten der Kunden und Endverbraucher erfüllen.

  • Die ungehäusten Mikrochips werden direkt auf die Leiterplatte des elektronischen Moduls drahtgebondet, eine besonders platzsparende Bestückungsmethode. 
  • Um die Mikrochips zu schützen, werden sie mit Epoxidharz versiegelt. Mikrochips und Bonddrähte sind dadurch komplett vor Umwelteinflüssen wie Feuchte oder mechanischen Schäden abgeschottet.

  • Während dieses Prozesses können im Epoxidharz jedoch kleine Bläschen oder Hohlräume entstehen, verbunden mit Unregelmäßigkeiten in der Umgebung der Bondverbindungen. Aufgrund von Veränderungen des Wärmeausdehnungskoeffizienten könnten die Bonddrähte im Epoxidharz verformt werden. In der Folge wären beschädigte Bonddrähte, Kurzschlüsse oder gerissene Drahtverbindungen möglich (Abb. 1).

  • Um die Hohlräume zu beseitigen, muss das Epoxidharz entgast werden. Daher werden die elektronischen Module im Memmert Vakuumtrockenschrank bei 40 °C und 20mBar Druck für eine Stunde unter Vakuum gesetzt (Abb. 2). Dies geschieht im Reinraum vor dem Aushärten des Epoxidharzes.

  • Der gesamte Prozess, beginnend mit dem Aufbringen des Epoxidharzes, über die Behandlung im Vakuumtrockenschrank bis hin zum finalen Aushärten muss innerhalb von vier Stunden abgeschlossen sein, um unkontrolliertes teilweises Aushärten des Epoxidharzes zu vermeiden.
Abb. 1: Geschliffene Probe des Epoxidharzes mit den sieben integrierten Schaltkreisen; nach dem Aushärten des Epoxidharzes ohne vorherige Behandlung im Vakuumtrockenschrank sind 10 große Hohlräume sichtbar
 
Abb. 2: Geschliffene Probe des Epoxidharzes mit den sieben integrierten Schaltkreisen; nach dem Aushärten des Epoxidharzes mit vorheriger Behandlung im Vakuumtrockenschrank sind keine Hohlräume sichtbar; die durchgeschliffenen Bonddrähte sind als kleine metallische Punkte im Epoxidharz gut erkennbar.
 
 

Memmert Vakuumtrockenschrank geeignet für Reinraum

Der Memmert  Vakuumtrockenschrank VO 400 wurde nicht nur wegen seiner hohen technischen Reife ausgewählt, sondern auch wegen seiner Eignung für den Reinraum, eine unabdingbare Voraussetzung bei der Herstellung von Implantaten. Der Memmert Vakuumtrockenschrank wird mit einer Membranpumpe betrieben, die den Gebrauch im Reinraum erlaubt. Bei dieser Technik ist der Pumpenantrieb vollständig vom Fördermedium abgetrennt. Vakuumtrockenschränke anderer Hersteller arbeiten mit Hubkolbenvakuumpumpen, bei denen Spuren von Öl in das Fördermedium gelangen können.

Über die Microdul AG

Die Microdul AG, mit Verwaltung und Fertigung in Zürich, Schweiz, konzentriert sich auf die Entwicklung und Produktion von mikroelektronischen Komponenten. Das Unternehmen ging 1991 nach einem Management-Buyout aus einer Philips-Niederlassung hervor. Im Jahr 2010 wurde ein neuer Reinraum der Klasse ISO-7 geschaffen, um den wachsenden Ansprüchen an die Fertigung im Reinraum, speziell bei Medizingeräten, gerecht zu werden. Die Hauptaktiväten der Microdul AG sind elektronische Module, Dickfilm und Halbleiter.

Electronic Modules

Microdul entwickelt und produziert elektronische Module für Anwendungen in der Medizintechnik sowie der Sensorauswertung und –identifizierung. Die Kernkompetenzen liegen in der Miniaturisierung der elektronischen Module und dem Einsatz ungehäuster Mikrochips (Abb. 3). Eine der Stärken liegt im umfassenden Knowhow zu Technologien wie Chip-on-Chip, Chip-on-Board und Flip-Chip.

Einsatz ungehäuster Mikrochips: Drahtgebondetes Chip-auf-Chip-Modul
Abb. 3: Drahtgebondetes Chip-auf-Chip-Modul
 
 

Dickfilm

Microdul liefert Dickfilmsubstrate an Kunden, die selbst bestücken oder als Teil eines elektronischen Moduls. Die Technologie ermöglicht lasergetrimmte Dickfilmwiderstände sowie ausgezeichnete Zuverlässigkeit unter extremen Betriebsbedingungen (Abb. 4). Häufig wird sie für Drucksensoren und komplexe Multi-Chip-Module verwendet, da der Wärmeausdehnungskoeffizient des keramischen Grundmaterials dem eines Mikrochips sehr ähnlich ist. Zusätzlich zu herkömmlicher Dickschichttechnologie, produziert Microdul auch Kupferdickschicht und Dickschicht auf Stahl.

Abb. 4: Dickfilmsubstrat
 
 

Halbleiter

Im Bereich Halbleiter realisiert Microdul sowohl mixed-signal als auch analoge integrierte Schaltkreise (ICs). Microdul gehört zu den wenigen Unternehmen weltweit, die CMOS mixed-signal arrays anbieten (Abb. 5). Die Firma produziert Standard-ICs ebenso wie kundenspezifische Mikrochips. Extensives Knowhow ist im Timingbereich, in der Temperaturmessung sowie in der Sensorsignalaufbereitung vorhanden. Die verwendete CMOS-Technologie eignet sich vorzüglich für Trendthemen wie kapazitative Sensoren und „Energy Harvesting“.

Abb. 5: Ecke eines integrierten Schaltkreises von Microdul
 
 

Ein ganz besonderer Dank geht an die Microdul AG, insbesondere Herrn Dr. Kurt Mühlemann, für die Bereitstellung dieses Applikationsberichtes. www.microdul.com

Themenschwerpunkte in der Übersicht
  • Epoxidharz
  • Epoxidharz entgasen
  • Vakuumtrockenschrank
  • Elektronische Module aushärten
  • Integrierte Schaltkreise
  • Reinraum

Bildnachweis: © Microdul AG

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