Was ist ein Ätzverfahren?
Das Ätzverfahren ist eine Technologie zur Bearbeitung von Metallblechen in verschiedene gemusterte Formen durch teilweises Auflösen oder Schneiden eines bestimmten Teils des zu bearbeitenden Blechs, Aushöhlen des bestimmten Teils des Blechs oder Verdünnen des Blechs auf eine bestimmte Dicke.
Merkmale des Ätzverfahrens
Mit dem Ätzverfahren können komplexe Muster mit hoher Präzision bearbeitet werden, selbst auf extrem dünnen oder kleinen Blechen. Es gibt viele Arten von Metallen, die bearbeitet werden können und es wird häufig bei der Herstellung von elektronischen Bauteilen wie Halbleitern und Teilen für medizinische Geräte eingesetzt.
Neben rostfreiem Stahl, Kupfer und Eisen können auch Molybdän und Titan im Ätzverfahren bearbeitet werden und da jedes Metall seine eigene spezifische Anwendung hat, ist es wichtig, das am besten geeignete Metall auszuwählen.
Der Vorteil des Ätzverfahrens ist, dass es schnell und kostengünstig durchgeführt werden kann, es hat aber auch den Nachteil, dass es nicht für die Massenproduktion geeignet ist.
Anwendungen von Ätzverfahren
Mit dem Ätzverfahren lassen sich feine Muster bearbeiten, die mit dem Pressverfahren nicht zu bewältigen sind und dünne Werkstücke mit extrem hoher Präzision bearbeiten. Aus diesem Grund wird es bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen, aus denen die oben genannten Halbleiter und andere elektronische Bauteile bestehen, bei medizinischen Geräten und anderen Teilen sowie bei der Strukturierung von Heizdrähten (SUS-Folie) für dünne Heizungen eingesetzt.
Natürlich werden viele Ätzverfahren in Produkte eingebaut, die viele Komponenten vereinen, wie z. B. elektronische Geräte und Automobile. Es eignet sich auch für die Herstellung von Produkten, die Präzision erfordern, wie z. B. allgemeine Haushaltswaren, Einrichtungsgegenstände und Kleidung.
Funktionsweise des Ätzverfahrens
Beim Ätzverfahren wird auf dem Blech als Arbeitsmaterial ein Schutzfilm gebildet, auf den die herzustellende Form übertragen wird und die Teile des Blechs ohne Schutzfilm werden aufgelöst oder ausgeschnitten. Anschließend wird das Blech ausgehöhlt oder auf eine bestimmte Dicke gedünnt und zu verschiedenen Musterformen verarbeitet.
Das eigentliche Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
1. Plattenherstellung
Zwei Grundplatten werden entsprechend der zu erstellenden Musterform mit CAD erstellt. Dies geschieht, um das zu bearbeitende Material zwischen den beiden Grundplatten einzuklemmen. An dieser Stelle wirken sich Abweichungen in den Abmessungen der Grundplatten stark auf die Qualität des Endprodukts aus, so dass bei der Herstellung der Grundplatten Präzision gefragt ist.
2. Laminierverfahren
Hierbei handelt es sich um das Auftragen von Fotolack, um eine Schutzschicht auf dem zu bearbeitenden Blech zu bilden; dieser Vorgang wird Laminieren genannt. Fotoresist ist eine lichtempfindliche Substanz, die in späteren Prozessen die Form des Musters auf das zu bearbeitende Blech überträgt und die nicht zu entfernenden Teile des Blechs vor dem Ätzen schützt.
Da der Grad der Haftung zwischen Blech und Fotolack die Qualität nach der Bearbeitung stark beeinflusst, ist es üblich, das zu bearbeitende Blech vor dem Auftragen des Fotolacks zu entfetten und zu reinigen.
3. Verfahren zur Übertragung der Form des Musters
Das Metallblech, auf das der Fotolack aufgebracht wird, wird zwischen die Grundplatte geschoben und mit UV-Licht bestrahlt. Der Fotolack in dem Bereich, der nicht von der Grundplatte abgeschattet wird, wird dann photosensibilisiert, wodurch die Musterform der Grundplatte auf die zu bearbeitende Metallplatte übertragen wird.
4. Ätzverfahren
Zunächst wird der Fotolack aus dem zu bearbeitenden Bereich durch Ätzen entlang des auf der Oberfläche des Werkstücks entstandenen Musters entfernt. Wenn das Metall dann mit einer Ätzlösung besprüht wird, die das Metall auflöst, werden nur die Bereiche des zu bearbeitenden Blechs aufgelöst, an denen der Fotolack entfernt wurde, so dass nur die Form des Musters übrig bleibt. Schließlich wird der Fotolack vom gesamten Werkstück entfernt.
Arten von Ätzverfahren
Es gibt zwei Arten von Ätzverfahren: das Nassätzen, bei dem eine Ätzlösung wie oben beschrieben verwendet wird und das Trockenätzen, bei dem mit reaktivem Ionen- oder Plasmagas reagiert wird.
1. Nassätzen
Das Nassätzen ist ein Verfahren, bei dem eine Musterform durch Reaktion einer chemischen Lösung auf einem Werkstück erhalten wird, auf das Fotolack in einer vorbestimmten Musterform, wie oben beschrieben, übertragen worden ist. Diese Methode ist in der Halbleiterfertigung weit verbreitet, zum Beispiel beim Badge-Nassätzen, bei dem mehrere Werkstücke in eine chemische Lösung getaucht werden.
Es hat den Vorteil einer hohen Produktivität, da mehrere Werkstücke gleichzeitig bearbeitet werden können, ist aber prinzipiell nicht für die Bearbeitung ultrafeiner Musterformen geeignet, da es auch die Unterseite des Fotolacks erodiert und auflöst.
2. Trockenätzen
Das Trockenätzen ist ein Verfahren, bei dem reaktives Ionen- oder Plasmagas mit dem Werkstück, auf das Fotolack in einer vorgegebenen Musterform übertragen wurde, reagiert und die Bereiche, in denen sich kein Fotolack befindet, abschneidet, um die vorgegebene Musterform zu erhalten. Beim Trockenätzen werden reaktive Ionen- oder Plasmagase senkrecht zum Fotoresist beschossen, um das Werkstück zu schneiden.
Mit anderen Worten: Während das Nassätzen ein isotropes Ätzverfahren ist, ist das Trockenätzen ein anisotropes Ätzverfahren. Außerdem erodiert das Gas prinzipiell senkrecht zum Fotolack, so dass das Gas beim Trockenätzen nicht wie beim Nassätzen die Unterseite des Fotolacks erreicht, wodurch es sich besser für die Bearbeitung ultrafeiner Musterformen eignet als das Nassätzen.
Weitere Informationen zu Ätzverfahren
Integrierte Schaltungen und Ätzverfahren
Ätzverfahren werden häufig bei der Herstellung integrierter Schaltungen eingesetzt, bei denen dreidimensionale Strukturen schichtweise aufgebracht werden. Da die dreidimensionalen Strukturen, aus denen integrierte Schaltungen bestehen, sehr feine Musterformen aufweisen, wird nicht nur das Nassätzen, sondern auch das Trockenätzen eingesetzt, um eine feinere Bearbeitung zu ermöglichen.
Es ist wichtig, je nach erforderlicher Produktivität und Integrationsgrad (Feinheit der Strukturierung) das geeignete Ätzverfahren auszuwählen (Nassätzen oder Trockenätzen).