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Flexible Substrate halten Mini-Chips fest

15.06.2007
  • Heraeus produziert fur 1 Mrd. Personalausweise in China flexible Substrate
  • Stanz- und Laminiertechnik hat groses Zukunftspotenzial

Eine Milliarde chinesische Personalausweise, Kreditkarten, LED-Flashlights, kontaktlose Smart Cards, RFIDTransponder oder Ausweiskarten fur die Eingangskontrolle von Hochsicherheitsbereichen haben eines gemeinsam - sie enthalten flexible Substrate als Trager fur elektronische Bauteile wie Minichips. Flexible Substrate sind gestanzte, laminierte und veredelte hauchdunne Bander, die kundenspezifisch fur verschiedene Anwendungen genutzt werden konnen. Die "Flexible Substrat-Technologie" ermöglicht vor allem flache Bauformen, eine komplexe Anordnung feiner Strukturen und ein optimales Warmemanagement. Die Teile sind ein Massen- und Low-cost-Produkt, und doch sind Spezialisten notig, um diese kleinen, aber komplexen Substratbander kostengunstig und kundenoptimiert zu produzieren.



Flexible Substrate sind Träger für elektronische
Bauteile. (Foto: Heraeus)



In LED-Modulen für Blitzlichter und Kameraleuchten
stecken flexible Substrate. (Foto: Heraeus)

Die W. C. Heraeus GmbH zahlt zu den Marktfuhrern bei der Herstellung flexibler Substrate fur RFID-Applikationen und hat diese Technologie fur die Massenproduktion von 35-mm-Streifen seit 15 Jahren fur verschiedene Anwendungen entwickelt, etabliert und verfeinert, z.B. fur Personalausweise mit gespeicherten biometrischen Daten oder Fingerabdrucken. Uberall dort, wo winzige Chips einen Trager benötigen, sind flexible Substrate als Verbindungs- und Stabilisierungsmaterial gefragt. Aufgrund der vielseitigen Einsetzbarkeit, der hohen Prazision und der geringen Kosten hat diese Stanz- und Laminiertechnik daher ein groses Zukunftspotenzial.

Jede Anwendung eine neue Herausforderung

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»LED-Modul »Stanzwerkzeug »Substrat

Trotz Massenanfertigung - bis zu 350 Stuck durchlaufen pro Minute typischerweise spezielle Stanzwerkzeuge - sind die die flexiblen Stanz- und Laminiersubstrate keine Produkte von der Stange. Die Eigenschaften von Substraten werden in Anwendungsbereichen, in denen ein Trager fur elektronische Bauteile benotigt wird, auf die jeweiligen Kunden- und Applikationsanforderungen hin optimiert. "Je nach Anwendung stellen sich besondere Herausforderungen", erläutert Dipl.-Ing. Michael Benedikt, Sales and Marketing Manager Flexible Substrate bei Heraeus. "Dazu zahlen unterschiedlichste Strukturen mit verschiedenen Oberflachen, dreidimensionale Aufbauten, verschiedenste metallurgische und elektrische Eigenschaften des Substrates und vor allem die stetige Miniaturisierung der elektronischen Bausteine".

Eine besondere Herausforderung stellt die Verwendung von Materialien mit unterschiedlichen Warmeausdehnungskoeffizienten (z.B. Metallschicht und Kunststoffschicht) dar, die unter Druck prazise und passgenau zusammengepresst werden mussen. Die superdunnen und biegsamen Substrate bestehen aus einer Leitungsund Isolierschicht. Als Bandmaterial / Leitungsschicht werden Kupfer, Eisen, Stahl, Aluminium oder deren Legierungen verwendet. Die Schichtdicken betragen nur 100 ƒÊm bis 40 ƒÊm. Die Isolationsschicht kann je nach Anwendung aus Epoxidharz, Acrylat, PEN oder PET mit Schichtdicken von 100 ƒÊm bis 25 ƒÊm bestehen. Heraeus setzt fur die Beschichtung verschiedene Produktionsmethoden ein, so genannte "reel to reel"-Technologien (von Rolle zu Rolle) wie Hoch-Prazisionsstanzen und Laminieren, kontinuierliche Band-Laminierung, Galvanisieren und Atztechniken fur Muster und Prototypen. Auch Flip Chip- Trager, bei denen ein Chip direkt, ohne weitere Anschlussdrahte, mit der aktiven Kontaktierungsseite nach unten zum Substrat hin montiert wird, gehören zu den Standardprodukten.

Fur die meisten Anwendungen mussen genau angepasste Stanzwerkzeuge entwickelt werden. Dies geschieht in der Regel in enger Zusammenarbeit und Abstimmung mit dem Werkzeugbau und den Kunden. Fur die Herstellung von Prototypen und Qualifizierungsmustern besteht die Möglichkeit vor der Investition in ein Stanzwerkzeug kostengünstige Ätzteile zu fertigen, die gleiche Eigenschaften und Design besitzen wie das gestanzte Massenfertigungsteil. Beispielsweise gilt dies auch für die Substrate, die für die Produktion von neuen, einheitlichen Personalausweisen für die chinesische Bevölkerung benötigt werden. „Die Herstellung der rund eine Milliarde Bauteile erfolgt mit einem speziellen Stanzwerkzeug“, sagt Benedikt. „Seit 2003 läuft dieser Großauftrag und wird im nächsten Jahr abgeschlossen sein. Für diese Art von Anwendungen wurden besondere Merkmale, wie verbesserte Moldkappenhaftung, optimierte Chipkontaktierungsoberfläche und eine spezielle bondbare Silber-Beschichtung entwickelt und eingesetzt.

LED-Flashlights ein neues Anwendungsfeld

Ein aktuelles Anwendungsfeld sind LED-Module, die immer häufiger in der Allgemeinbeleuchtung eingesetzt werden. Ein namhafter LED-Hersteller hat im Oktober 2006 ein LED-Modul mit hoher Lichtausbeute für das Blitzlicht von Digitalkameras und Handys auf den Markt gebracht, in denen auch technisches Know how von W. C. Heraeus steckt. Ein LED-Chip auf Galliumnitrid-Basis bildet zusammen mit dem flexiblen Substrat ein LEDModul, das vom Hanauer Technologiekonzern in großer Stückzahl produziert wird. Die Nickel-Gold oder Palladium- beschichteten flexiblen Substrate sind so konstruiert, dass der Kunde auf kleinstem Raum platzsparend neben der LED-Linse gleich zwei für die Anwendung benötigte Minichips auf dem Substrat aufbringen kann. Die beim Blitzen oder Leuchten der Diode entstehende Wärme wird zudem vollflächig und damit optimal über das Substrat in die Metallschicht abgeleitet. Diese guten thermischen Eigenschaften der LED, verbunden mit kurzen Schaltzeiten, lassen daher schnelle Blitzfrequenzen zu. „Alltagsanwendungen wie das LED-Modul zeigen, dass sich die flexiblen Substrate im wahrsten Sinne des Wortes flexibel an die jeweiligen Anforderungen der Kunden anpassen lassen“, betont Michael Benedikt.

Kontakt:
Michael Benedikt
W. C. Heraeus GmbH
Engineered Materials Division
Tel.: 0 6181.35-3400
E-Mail: michael.benedikt@heraeus.com

Dr. Jörg Wetterau | Heraeus Noblelight GmbH
Weitere Informationen:
http://www.heraeus-noblelight.com
http://www.wc-heraeus.com

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