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Montag, 10 Januar 2022 10:59

Bericht aus Indien

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Geschätzte Lesezeit: 2 - 4 Minuten

 

Nanoskala 3D-Printing

In einer Zusammenarbeit zwischen ETH Zürich, NTU Singapur und der Oldenburger Universität haben Wissenschaftler ein Verfahren für Nanoskala 3D-Printing entwickelt. Nanoskala 3D-Printing wird als eine alternative Fertigungstechnik für eine Reihe von Anwendungen in Elektronik, Nanooptik, Sensorik, Nanorobotik und Energiespeicherung gesehen. Unter den vorhandenen 3D-Druckverfahren im Nanomaßstab ist die Stereolithografie wahrscheinlich das fortschrittlichste Verfahren zur Herstellung komplexer Objekte, die aus Voxeln mit Abmessungen von bis zu 65 nm bestehen.

Optische Verfahren verarbeiten jedoch in der Regel nur eine begrenzte Klasse von Materialien, wie z. B. Photoresists, mit ziemlich engen mechanischen, optischen und elektrischen Eigenschaften. Obwohl elektrochemische Techniken in der Lage sind, verunreinigungsfreie metallische Leitern mit hervorragenden elektrischen und mechanischen Eigenschaften herzustellen, blieb jedoch bis jetzt eine echte Auflösung im Nanobereich (<100 nm) unerreichbar.

Durch den Einsatz von Düsen mit Abmessungen von nur 1 nm konnte die schichtweise Herstellung von Kupfer- Voxeln mit 25 nm Voxel-Durchmesser gezeigt werden. Als Substrat diente eine 0,5 molare Kupfer (II)-sulfat Lösung, auf pH-Wert 0,4 mit Schwefelsäure eingestellt. Die vollständige Kontrolle über den Druckprozess ermöglicht eine gute Anpassung der Strukturgröße und das Drucken geneigter und überhängender Strukturen. Auf Basis experimenteller Beweise konnten die Autoren die Grenzen des elektrochemischen 3D-Drucks abschätzen. Die Ursprünge dieser neuen Auflösungsgrenze werden in dem veröffentlichten Artikel diskutiert.

Nano Lett. 2021, 21, 9093−9101

Engpässe bei ABF-Substrat

Gedruckte, gekippte und überhängende Merkmale,  die alle mit einer Düsenöffnung von 45nm gedruckt wurden Ein kritischer Rohstoff bei der Chip-Produktion ist das ABF-Substrat (ABF = Ajinomoto build-up film). Das ABF-Substrat wurde Ende der 1990er Jahre von Intel bei der Entwicklung leistungsfähigerer Mikroprozessoren eingeführt. Die folienartige Isolierung des Substrats wurde ursprünglich von Ajinomoto Co. produziert. Das Fachwissen der Ajinomoto-Gruppe im Bereich der Feinchemie wurde bei der Entwicklung einer Formulierung eingesetzt, die organische Epoxidharze, Härter und anorganische Füllstoffe in Form von Mikropartikeln kombiniert. Das Material wurde zunächst als bevorzugte Gehäusetechnologie für Zentraleinheiten in Personalcomputern und Servern eingesetzt, da es schnelle Berechnungen von High-End-Chips ermöglicht.

ABF-Substrate werden häufig in Hochleistungscomputern wie CPU, GPU und ASIC eingesetzt. Im Zuge der zunehmenden Verbreitung von Cloud Computing, Rechenzentren und künstlicher Intelligenz werden immer mehr Server benötigt, was indirekt auch die Nachfrage nach ABF-Substraten für diese schnellen Prozessoren erhöht. Da die Nachfrage nach PCs, Spielekarten und Cloud-Diensten mit Covid-19 und der Arbeit von zu Hause aus zunahm, wurde diese kritische Komponente plötzlich zu einem echten Engpass für viele Hersteller. Außerdem hat das Aufkommen von 5G die Nachfrage nach leistungsfähigeren Serverchips für Cloud-Computing, künstliche Intelligenz und Smart-Driving-Technologien erhöht. Mit zunehmender Elektrifizierung und Digitalisierung der Fahrzeuge werden die Zulieferer von Auto-Chips mehr ABF-Substrate verwenden. Sie kämpfen jedoch darum, bei den Substratherstellern oberste Priorität zu erhalten, weil ihnen die Verhandlungsmacht großer Halbleiterunternehmen wie Intel fehlt. Unimicron, Nan Ya, Kinsus und Ibiden sind andere wichtige Hersteller von ABF-Substraten. Bei manchen liegt die Vorlaufzeit bei 60 bis 70 Wochen. Große Halbleiterhersteller wie Intel, AMD und Nvidia sind heute alle auf ABF-Substrate angewiesen, um die leistungsstärksten Chips der Welt herzustellen.

https://techtaiwan.com/20210329/abf-substrate-shortage/ 

(a) Schematische Darstellung des Druckaufbaus. Düse mit 0,5M Kupfer (II)-sulfat-Elektrolytlösung und die Quasi-Referenz-Gegenelektrode befindet sich über einem leitenden Substrat,  (b) Schematische Darstellung des Druckprozesses eines Voxels,  (c-e) Elektronenmikroskopische Aufnahmen von 3D-gedruckten Strukturen mit einer 253 nm-Düse,  (c) Seitenansicht eines 10 × 10 Arrays von Säulen 656 Voxel.  Seitenansicht  (d) und Draufsicht  (e) auf vier schraubenförmige Strukturen, gedruckt mit einem Mittenabstand von 500 nm    (a) Schematische Darstellung des Druckaufbaus. Düse mit 0,5M Kupfer (II)-sulfat-Elektrolytlösung und die Quasi-Referenz-Gegenelektrode befindet sich über einem leitenden Substrat,
(b) Schematische Darstellung des Druckprozesses eines Voxels,
(c-e) Elektronenmikroskopische Aufnahmen von 3D-gedruckten Strukturen mit einer 253 nm-Düse,
(c) Seitenansicht eines 10 × 10 Arrays von Säulen 656 Voxel.
Seitenansicht
(d) und Draufsicht
(e) auf vier schraubenförmige Strukturen, gedruckt mit einem Mittenabstand von 500 nm

Magnete für medizinische Anwendungen

Substrat-Entwicklung mit ABFSubstrat-Entwicklung mit ABFNeodym-Eisen-Bor-Magnete gehören zu den stärksten handelsüblichen Dauermagneten, die heute erhältlich sind. NdFeB-Magnete werden in der Regel nach einem der beiden folgenden Verfahren hergestellt: gebundene Magnete (Press-, Spritzguss-, Strangpress- oder Kalanderverfahren) und gesinterte Magnete (Pulvermetallurgie, PM- Verfahren). NdFeB-Magnete werden häufig in Produkten verwendet, die starke Dauermagnete erfordern, wie Festplattenlaufwerke für Computer, Elektromotoren in schnurlosen Geräten und Befestigungselemente. In der Medizintechnik gibt es neue Anwendungen für diese starken Magnete, z.B. bei der Katheternavigation. Weitere Verwendungszwecke im Bereich der Medizinprodukte sind Lang- und Kurzzeitimplantate sowie minimalinvasive Geräte.

Neodym-Magnete reagieren leider auf Säuren, Feuchtigkeit, basische Lösungen, elektrische Ströme, menschliches Gewebe und sogar in freier Luft. NdFeB allein ist für Anwendungen von Medizinprodukten im menschlichen Körper nicht biokompatibel. Der beste Weg, um eine sichere Verwendung von Neodym-Magneten im Körper zu gewährleisten, ist die Beschichtung der Außenseite des Magneten mit einer biokompatiblen Schicht, die den Magneten hermetisch abschließt. Eine Alternative zur Metallisierung von Magneten ist ein Perylenbeschichtungsverfahren, wie es in der medizinischen Industrie üblich ist. Eine Perylenbeschichtung ist im Vergleich zur Galvanisierung weniger beliebt, da die Schichtdicke der Beschichtung dünner ist und die Perylenbeschichtung keinen gleichmäßigen Korrosionsschutz bietet. Aber die galvanische Beschichtung ist auch nicht gerade einfach.

 

Weitere Informationen

  • Ausgabe: 12
  • Jahr: 2021
  • Autoren: Dr. Nagaraj N. Rao

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