ESD-Beschichtungen für die Halbleiterindustrie Das Risiko elektrischer Ladungen in der Fertigung minimieren

Anbieter zum Thema

Rhenotherm Kunststoff- beschichtungs GmbH

Treston Deutschland GmbH

IBR Leiterplatten GmbH & Co. KG

Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

ESD-Beschichtungen von Toolings in der Halbleiterindustrie verhindern, dass sich Spannungen aufbauen und plötzlich abgeleitet werden. Rhenoterm bietet eine neue ESD-Beschichtung, die bei niedrigen Temperaturen aufgebracht und bei Bedarf rückstandsfrei von den Toolings entfernt werden.

Die Halbleiterindustrie gilt als Wachstumsmarkt. In der Herstellung elektronischer Komponenten und Halbleiter nutzen alle großen Fertiger weltweit unter anderem Bestückungsautomaten. In automatisierten Produktionsprozessen bewegen diese Bestückungsanlagen Leiterplatten, Platinen und Wafer mit hoher Taktfrequenz; Leiterplatten und Platinen werden dabei präzise mit elektronischen Bauteilen bestückt. Dabei stellt elektrostatische Entladung (ESD, Electrostatic Discharge) eine zentrale Herausforderung dar. ESD kann überall dort entstehen, wo durch Reibung elektrische Spannung aufgebaut wird.

In der Halbleiterfertigung müssen solche Spannungen unbedingt vermieden oder kontrolliert abgeleitet werden, da selbst sehr geringe Spannungen empfindliche Bauteile beschädigen können. Defekte Komponenten beeinträchtigen die Funktionalität des Endgeräts und können für Hersteller kostenintensive Rückrufaktionen nach sich ziehen. Deshalb ist es entscheidend, Spannungsspitzen zu verhindern.

Schutzkonzepte gegen ESD in der Produktion

Schutz vor ESD wird in der Produktion grundsätzlich auf zwei Wegen erzielt: durch Erdung und durch ESD-Beschichtungen. Die Erdung stellt einen definierten Ableitpfad für elektrische Ladungen bereit. Dafür wird die gesamte Bestückungsanlage auf ein einheitliches Potenzial gebracht und alle leitenden Teile werden geerdet. ESD-Beschichtungen ergänzen dieses Konzept, indem sie Oberflächen von Werkzeugen elektrostatisch ableitfähig machen und auf diese Weise die unkontrollierte Ansammlung statischer Ladungen verhindern.

Gleichzeitig ermöglichen sie den kontrollierten Transport elektrischer Ladung zur Erdung – auch auf Materialien, die von Natur aus isolierend oder schlecht leitfähig sind. So wird eine schnelle, schädliche Entladung vermieden, da sich die Spannung kontrolliert und langsam abbauen kann. Außerdem können ESD-Beschichtungen sogenannte partikelbedingte Kontaminationen reduzieren: Elektrostatisch geladene Oberflächen können verstärkt Staub anziehen.

Der Funktionsbeschichter Rhenotherm hat eine ESD-Beschichtung neu entwickelt – speziell für Toolings der Bestückungsautomaten, die Wafer und Leiterplatten aufnehmen, bewegen und verarbeiten. Diese Toolings arbeiten oft mit Unterdruck (Vakuumtoolings), um die empfindlichen Wafer zum Beispiel während des Transports durch eine Bestückungsanlage sicher zu fixieren. Die Aufbringung der Beschichtung erfolgt automatisiert und ohne mechanische Vorbehandlungen wie Sandstrahlen, sodass ein Verziehen dünner Bauteile im Prozess vermieden wird.

Die ESD-Beschichtung muss zudem eine geringe Oberflächenrauheit bzw. eine glatte und ebene Oberflächentopographie aufweisen, um die gewünschten Vakuumwerte zu gewährleisten. Gleichzeitig werden Werkzeugkomponenten häufig verklebt. Dabei kommen oft temperatursensitive Klebstoffe zum Einsatz. Entsprechend muss die Vernetzung der ESD-Beschichtung bei möglichst niedrigen Temperaturen erfolgen, um die Verklebung nicht zu beschädigen.

Die neue Rhenotherm-Beschichtung ist für unterschiedlichste Substrate geeignet und kombiniert ESD-Schutz mit Trockenschmierung, Gleitoptimierung und hoher Abrasionsfestigkeit. Zudem kann sie an spezifische Anforderungen angepasst werden, beispielsweise hinsichtlich mechanischer Belastbarkeit oder Klebstoffkompatibilität.

Energieeinsparung durch niedrige Prozesstemperaturen

Konventionelle ESD-Beschichtungen werden häufig in mehreren Schichten aufgetragen und anschließend bei hohen Temperaturen ausgehärtet. Polymerbeschichtungen werden teilweise bei Temperaturen von bis zu 400 Grad gesintert. Solche Temperaturen sind jedoch nicht für alle Bauteile geeignet. Filigrane und dünne Komponenten können sich verziehen und verklebte Toolings sind in der Regel temperatursensitiv, sie können nicht so stark erhitzt werden. Das Gleiche gilt für Kunststoffsubstrate, und Bauteile aus Aluminium oder Legierungen mit Aluminium.

Die neue ESD-Beschichtung kann bei deutlich niedrigeren Temperaturen verarbeitet werden. Dadurch wird nicht nur die Beschichtung temperatursensitiver Bauteile ermöglicht, sondern auch der Energieverbrauch im Beschichtungsprozess erheblich reduziert, was Betriebskosten und CO₂-Emissionen senkt.

Beschichtung komplexer Geometrien

Tooling-Komponenten weisen häufig komplexe oder filigrane Geometrien auf. Je komplexer die Form, desto anspruchsvoller ist der Beschichtungsprozess. In vielen Fällen müssen bisher Geometrien angepasst werden, um mechanischen Verzug auszugleichen. Das kann jedoch zu erhöhtem Gewicht der Teile, geringerer Prozessgeschwindigkeit und Taktverlusten führen. Die neue ESD-Beschichtung wird dagegen in dünneren Schichten aufgetragen und bei niedrigeren Temperaturen vernetzt. Dadurch bleiben selbst feinste Bohrungen funktionsfähig, und auch filigrane Bauteile können ohne Nachbearbeitung beschichtet werden.

Wiederbeschichtung und Nachhaltigkeit

Ein weiterer Faktor ist die Nachhaltigkeit: Toolings sind kostenintensiv in der Herstellung, weshalb ihre Wiederverwendung wirtschaftlich und ökologisch sinnvoll ist. Wird ein ESD-Wert nach längerem Einsatz nicht mehr erreicht oder ein Bauteil beschädigt, kann es einfach erneut beschichtet und muss nicht entsorgt werden.

Die Rhenoterm-Beschichtung lässt sich mittels gepulster Laserstrahlung (Photonen-Ablation) schonend entfernen, ohne empfindliche Bauteile zu beschädigen. Anschließend kann das Bauteil ohne Qualitätsverlust neu beschichtet werden, bei Bedarf mehrfach. Die Lebensdauer der Beschichtung hängt stark von Produktionsintensität und Taktung ab. Viele Unternehmen halten deshalb kritische Komponenten als Ersatzteile vor. Während ein Teil neu beschichtet wird, kann ein Ersatzteil eingesetzt werden. Die Wiederbeschichtung erfolgt innerhalb weniger Werktage.

Möglichkeit zur Wiederbeschichtung leisten diese ESD-Beschichtungen einen Beitrag zu nachhaltigen und ressourcenschonenden Fertigungsprozessen. Sie verbinden Prozesssicherheit, Energieeffizienz und Umweltverträglichkeit in elektrostatisch sensiblen Anwendungen. (sb)

* Nadja Müller ist freie Texterin.

(ID:50823438)