3D-Druck im Miniformat Wie 3D-Druck die Mikroelektronik von Morgen verändern könnte

Mikroelektromechanische Systeme sind die Basis für viele elektronische Geräte. Um ihre mechanische Zuverlässigkeit testen zu können, will eine Forschungsgruppe am Max-Planck-Institut für Eisenforschung einen Weg finden, dreidimensionale Metall-Mikroarchitekturen für die Anwendung in MEMS zu produzieren.

Die Zuverlässigkeit elektronischer Geräte kann man bisher nicht unter realen Bedingungen messen. Zudem sind die Materialien der MEMS, die für die Funktion der Elektronik sehr wichtig sind, begrenzt. Dr. Rajaprakash Ramachandramoorthy arbeitet in seiner Forschung an der Beseitigung dieser Hürden und wird dabei in den nächsten Jahren vom Europäischen Forschungsrat unterstützt. Die Mikroarchitekturen, die produziert und getestet werden sollen, sollen dabei 3D-gedruckt werden

Mehr Möglichkeiten im Design dank 3D-Druck

Bisher wird die in Smartphones, Laptops und weiteren elektronischen Geräten verwendete Mikroelektronik mittels UV-Lithographie hergestellt. Laut des Max-Planck-Instituts für Eisenforschung sind die Schwachpunkte dieser Methode aber zum einen die mangelnden Designmöglichkeiten und die begrenzte Auswahl an Materialien, da die Methode nur für Silizium und einige wenige Metalle geeignet sei. „In meinem Projekt werde ich die additive Fertigung, also den 3D-Druck von Metallen, nutzen, um 3D-Architekturen im Mikro- und Nanometerbereich zu drucken. Das sind Strukturen, die teilweise 100-mal dünner sind als ein menschliches Haar. Additive Mikrofertigung erweitert die Designfreiheit für mikroelektronische Anwendungen. Darüber hinaus basiert die Herstellung auf lokaler galvanischer Abscheidung. Diese Methode lässt das Drucken mit einer Vielzahl verschiedener Metalle wie Kupfer, Gold, Kobalt, Nickel und Silber zu“, sagt Ramachandramoorthy.

Weitere Vorteile der neuen Fertigungsmethode sollen sich auch in den für Medikamente oder Temperaturmessungen interessanten Bereichen finden. Die Metallmikroarchitekturen könnten Flüssigkeiten einkapseln und damit gefüllt werden. Diese Flüssigkeiten können beispielsweise eingefärbt werden und bei Verformungen lokal ausfließen, sodass sie wie ein Schadenssensor funktionieren. Das wäre ein weiterer Schritt in Richtung Nachhaltigkeit.

AM für Elektronikkomponenten

Was bringt der 3D-Druck in der Elektronik?

Die Herstellungstechnik richtet sich nach der gewünschten Anwendung

Die UV-Lithographie solle in Zukunft aber nicht abgeschafft werden. Der neue additive Mikroherstellungsprozess solle vielmehr als Ergänzung dienen. „Ich denke, dass in Zukunft eine Kombination aus beiden Prozessen ideal ist. Die UV-Lithographie wird die Methode der Wahl bleiben, wenn es um die Herstellung von 2,5D-Mikroarchitekturen auf Siliziumbasis geht. Die additive Mikrofertigung hingegen wird immer dann interessant, wenn 3D-Mikroarchitekturen mit einer größeren Auswahl an Metallen benötigt werden oder die Einbindung von Flüssigkeiten angestrebt wird“, erklärt Ramachandramoorthy.

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