Neueste Nanobeschichtungen, ALD-Technologie und Nachhaltigkeit: Fragen und Antworten zum Thema – mit Dr. Rakesh Kumar

In diesem Frage-Antwort-Abschnitt beantwortet Dr. Rakesh Kumar, SCS Vice President of Technology, Fragen zu Nanobeschichtungen, zur Technologie hinter ALD (Atomic Layer Deposition)-Beschichtungen und zum Thema Nachhaltigkeit. Sie erfahren dabei, wie sich die verschiedenen Nanobeschichtungsmethoden im Hinblick auf Anwendungsbereiche, Leistungsfähigkeit und Nachhaltigkeit unterscheiden. Anhand dieser Informationen können Sie die Beschichtung auswählen, die für Ihre Zwecke den besten Schutz bietet.

F: Was sind die wichtigsten Unterschiede in den Ablagerungsprozessen und der Effektivität der Nanotechnologien, die für Parylene-, ALD- und Plasma-Beschichtungen genutzt werden? Welche Faktoren sollten bei der Auswahl einer schützenden Nanobeschichtung berücksichtigt werden?

Dr. Kumar: Die für Parylene-, ALD- und Plasma-Beschichtungen verwendeten Ablagerungsprozesse und ihre Leistungsfähigkeit weisen beträchtliche Unterschiede im Hinblick auf den zugrundeliegenden Mechanismus, ihre Eigenschaften und ihre Eignung für bestimmte Anwendungen auf.

• Parylene-Beschichtungen: Parylene-Beschichtungen, die mittels chemischer Dampfablagerung (kurz CVD für Chemical Vapor Deposition) aufgetragen werden, erzielen eine konforme, porenfreie Schutzschicht, die sich ideal für komplexe Geometrien eignet. Aufgrund ihrer hervorragenden Biokompatibilität, chemischen Stabilität und ihren Eigenschaften als Korrosionsschutz, die die langfristige Funktionsdauer dieser Geräte verbessern, werden diese flexiblen Folien gerne für medizinische und elektronische Anwendungen verwendet. Parylene wirkt außerdem als Feuchtigkeitsbarriere und minimiert die Wasserdampfübertragung.
• ALD (Atomic Layer Deposition)-Beschichtungen: ALD-Beschichtungen, die Atomlagenabscheidung nutzen, beruhen auf sequentiellen, selbstbegrenzenden Oberflächenreaktionen zwischen gasförmigen Vorläuferstoffen, durch die auf atomarer Ebene eine präzise Kontrolle über die Foliendicke erzielt wird. Dadurch entstehen hochkonforme Beschichtungen für komplexe 3D-Strukturen. Dieser Prozess erzeugt einheitliche, dichte und zuverlässige Mehrlagenfolien, die ideal für Mikroelektronik und empfindliche Komponenten sind. ALD-Beschichtungen bieten außerdem hervorragende Barriereeigenschaften mit niedrigeren WVTR-Werten als organische Folien, beispielsweise aus Parylene C. ALD-Beschichtungen sind darum besonders effektiv in feuchtigkeitsempfindlichen Anwendungsbereichen.
• Plasma-Beschichtungen: Plasma-Beschichtungen nutzen ionisiertes Gas (Plasma), um Materialien abzulagern. Dadurch wird die Reaktivität der Vorläuferstoffe verbessert, sodass höhere Ablagerungsraten und verbesserte Folieneigenschaften erzielt werden. Diese Methode kann Oberflächen durch die Modifikation ihrer Eigenschaften funktionalisieren und beispielsweise durch energetische Behandlung hydrophile Eigenschaften bewirken. Diese Beschichtungsart wird vielfach verwendet, um kurzfristigen Schutz für Verbraucherelektronik zu gewährleisten. Plasmapolymerisation versieht die behandelten Geräte mit ölabweisenden Funktionen und bietet Korrosionsschutz und elektrische Isolierung.

Wichtige Faktoren bei der Auswahl einer schützenden Nanobeschichtung:

• Gewünschtes Leistungsergebnis: Ermittlung der erforderlichen Leistungseigenschaften und Wahl der passenden Nanobeschichtung
• Substratkompatibilität: Gewährleistung der Kompatibilität der Beschichtung und des Abscheidungsverfahrens mit dem Substrat, um Delamination zu verhindern und die mechanische Integrität sicherzustellen.
• Umweltbeständigkeit: Auswahl einer Beschichtung, die ausreichenden Schutz unter den vorhandenen Bedingungen (Feuchtigkeit, UV-Strahlung oder Korrosion) bietet.
• Biokompatibilität: Beschichtungen für medizinische Anwendungszwecke müssen biokompatibel sein und dürfen keine negativen biologischen Reaktionen auslösen.
• Beschichtungsdicke und Einheitlichkeit: Für präzise Ergebnisse ist die genaue Kontrolle der Folienstärke auf atomarer Ebene erforderlich, und durch eine einheitliche Beschichtung wird konsistente Zuverlässigkeit gewährleistet.

F: Unter welchen Umständen sollte eine ALD+Parylene-Beschichtung bevorzugt werden?

Dr. Kumar: Die Integration von ALD und Parylene-Beschichtungen ermöglicht ausgezeichneten Barrierenschutz und erweist sich zunehmend als die bevorzugte Lösung für den Elektronikbereich und biomedizinische Anwendungen. Dieser hybride, mehrlagige Ansatz kombiniert die Präzision und Anpassungsfähigkeit von ALD mit den robusten Qualitäten einer porenfreien Parylene-Beschichtung. Das Ergebnis: deutlich besserer Schutz als mit den separaten Anwendungsmethoden. ALD+Parylene sollte für die folgenden Beschichtungsanforderungen und Anwendungsbereiche in Betracht gezogen werden:

• Schutz gegen Umweltschäden: Zweilagige Beschichtungen aus ALD und Parylene bieten optimierten Schutz gegenüber Feuchtigkeit und chemischer Infiltration. ALD erzeugt mithilfe von Materialien wie Aluminiumoxid (Al₂O₃) eine dichte, porenfreie Barriere, die im Vergleich zu Parylene alleine die Wasserdampfübertragungsrate, d.h. den WVTR-Wert, erheblich reduziert. Dieser Schutz ist von größter Wichtigkeit für Geräte, die unter feuchten Bedingungen oder in biologischen Einsatzbereichen verwendet werden und darum durch Korrosion gefährdet sind.
• Verbesserte Biokompatibilität: In medizinischen Anwendungen wird durch Parylene C eine äußere Schutzschicht erzeugt, die die Biokompatibilität der Geräte verbessern kann, während durch ALD die Barriereeigenschaften gegenüber Ionenmigration verstärkt werden. Dieser mehrlagige Ansatz ist besonders vorteilhaft für Implantate, bei denen langfristige Biokompatibilität unbedingt gewährleistet sein muss.
• Anwendungsbereiche in der Mikroelektronik: Für die komplizierten Geometrien und komplexen Oberflächen von mikroelektronischen Geräten ermöglichen die konformen Eigenschaften von ALD und Parylene eine verlässliche Schutzschicht. ALD macht die exakte Kontrolle der Folienstärke auf atomarer Ebene möglich und gewährleistet damit die Funktionalität der elektronischen Geräte. Durch Parylene entsteht eine zusätzliche Schutzschicht, die keine negativen Auswirkungen auf die elektrische Leistung hat.

F: Welche Testmethoden werden eingesetzt, um die Zuverlässigkeit und eine lange Lebensdauer der mehrlagigen ALD-Beschichtungen sicherzustellen?

Dr. Kumar: Die Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer von mehrlagigen ALD-Beschichtungen wird durch eine umfassende Serie von Testmethoden sichergestellt. Dazu gehören unter anderem Bewertungen der physischen, chemischen und mechanischen Eigenschaften, die direkt die Leistungsfähigkeit für unterschiedliche Anwendungszwecke beeinflussen.

Zu den herausragenden Methodologien gehören WVTR-Tests und Tests der Gasdurchlässigkeit, mechanische Stresstests, Temperaturwechseltests, Biokompatibilitätsprüfungen, Adhäsionstests, Oberflächencharakterisierung und Langzeit-Stabilitätsuntersuchungen. Alle diese Tests bestätigen, dass mehrlagige ALD-Beschichtungen die erforderlichen Leistungsnormen erfüllen und dauerhafte Funktionsbereitschaft in den vorgesehenen Anwendungen und Einsatzumgebungen sicherstellen.

F: Welche Beschichtungstechnologien von SCS nutzen nachhaltige Anwendungsverfahren?

Dr. Kumar: Die Beschichtungsbranche arbeitet mit großem Einsatz daran, umweltfreundliche und VOC-arme Lösungen bereitzustellen und nachhaltige Materialien und Anwendungsmethoden zu nutzen. Die folgende Liste gibt einen Überblick über die verfügbaren nachhaltigen Beschichtungstechnologien.

• ALD (Atomic Layer Deposition)-Beschichtungen: ALD ermöglicht ultradünne, präzise Beschichtungen mit geringsten Abfallprodukten und minimalen Auswirkungen auf die Umwelt und unterstützt damit die allgemeinen Nachhaltigkeitsziele.
• Parylene-Beschichtungen: Parylene-Beschichtungstechnologien sind auf die Entwicklung nachhaltiger Beschichtungen mit geringen VOC-Emissionen ausgerichtet und zeichnen sich durch Biokompatibilität, Dauerhaftigkeit und Eignung für vielseitige Zwecke aus.
• Plasma-Beschichtungen: Plasma-Beschichtungen verbessern die Eigenschaften von Oberflächen und kombinieren beispielsweise Hydrophobizität mit Schutzwirkung gegen schädliche Lösungsmittel.

F: Welche regulatorischen Anforderungen und Hindernisse erschweren die großformatige Ausweitung der Produktion von nachhaltigen Beschichtungen ohne Kompromisse im Hinblick auf die Leistung der Beschichtungen?

Dr. Kumar: Die massive Produktion von nachhaltigen Beschichtungen wird durch technische Probleme und regulatorische Anforderungen erschwert:

• Kompromisse zwischen Leistungsfähigkeit und Nachhaltigkeit: Die Entwicklung nachhaltiger Lösungen ohne Leistungseinbußen stellt eine erhebliche Herausforderung dar. Umweltfreundliche Beschichtungen sind oft weniger effektiv als konventionelle Beschichtungen. Zur Optimierung ihrer Eigenschaften ohne negative Auswirkungen auf die Umwelt sind zusätzliche Forschungs- und Entwicklungsschritte erforderlich.
• Wirtschaftlichkeit der Produktion: Beschichtungen auf biologischer Basis und ökofreundliche Beschichtungen kosten oft mehr als traditionelle Beschichtungen, was sich nachteilig auf die Produktionskosten insgesamt und die Konkurrenzfähigkeit der Produkte auswirkt. Unternehmen sind darum gezwungen, Nachhaltigkeitsziele und wirtschaftliche Realisierbarkeit genau abzuwägen.
• Einhaltung behördlicher Auflagen: Neue Sicherheitsvorschriften für flüchtige organische Verbindungen (VOC) und Chemikalien verlangen von Beschichtungsherstellern die Einhaltung strikter Umweltnormen. Diese Auflagen erfordern umfangreiche Testverfahren, die sowohl die Entwicklungsphase verzögern als auch die Kosten in die Höhe treiben.
• Technologische Barrieren: Nachhaltige Technologien wie ALD und Plasmapolymerisation erfordern spezialisierte Geräte und Fachkenntnisse, die nicht überall verfügbar sind.

Kontaktieren Sie SCS, um weitere Informationen zu Nanobeschichtungen, ALD und Nachhaltigkeit zu erhalten oder Ihre spezielle Anwendungssituation zu besprechen.

Global Coverage Ausgabe 103, Oktober 2025