Met atoomlaagdepositie (ALD) worden dunne lagen film op atoomniveau toegevoegd aan producten, bijvoorbeeld in de halfgeleiderindustrie. Vaak wordt daarbij gewerkt met aluminiumoxide, maar dat heeft zo zijn beperkingen. Het Eindhovense SALD komt met een alternatief, waarmee met meer stoffen gewerkt kan worden en meer toepassingen mogelijk worden. Zo kan de technologie straks ook worden ingezet voor bijvoorbeeld versverpakkingen. Dit mede dankzij samenwerking met een Duitse partner.
‘We kunnen nu materialen maken die eerder niet mogelijk waren’
Met ALD kun je metaal laten groeien met steeds een heel dun, uniform laagje, wat belangrijk is als er bijvoorbeeld chips worden gemaakt. Aluminiumoxide wordt meestal gemaakt door de uitgangsstof aluminium te laten reageren met waterdamp. ‘Maar als je waterdamp wilt gebruiken, moet de temperatuur altijd boven de 100 graden Celsius blijven. Anders condenseert de waterdamp’, vertelt Erik Kremers, cto van SALD.
Die temperatuur beperkt de technologie, die in theorie voor veel meer toepassingen inzetbaar is. Niet alles kan echter tot 100 graden worden opgewarmd. Neem plastic verpakkingen: door daar met ALD een dun laagje van ander materiaal op te deponeren, kun je die luchtdicht en recyclebaar maken. Maar als plastic tot 100 graden wordt opgewarmd, gebeuren er ‘allerlei gekke dingen’, legt Kremers uit. ‘De chemische ketens vallen uit elkaar en het plastic is niet meer bruikbaar. Of het wordt heel lelijk, met strepen erin of verfrommelde stukken. Dat vindt geen enkele verpakkingsleverancier oké.’
Extra substraten
Dus toen SALD voor een klantvraag met siliciumoxide op lage temperatuur aan de slag wilde, ging het bedrijf op zoek naar een alternatief. Zuurstofplasma in plaats van waterdamp bood uitkomst. ‘Dat kun je zelfs bij kamertemperatuur deponeren, waardoor er opeens een heel aantal extra substraten beschikbaar komen waarop deze dunne-filmtechnologie kan worden toegepast.’
Eenvoudig gezegd betekent dit dat materialen niet meer tot 100 graden opgewarmd hoeven te worden, waardoor ALD ook bruikbaar wordt voor dus bijvoorbeeld plastic. Daarmee wordt ALD eveneens toegankelijk voor toepassingen in de verpakkingsindustrie, onder meer voor papier en allerlei andere materialen die niet tot 100 graden opgewarmd kunnen worden. Kremers: ‘We kunnen nu materialen maken die eerder niet mogelijk waren.’
Snel schakelen
SALD maakt zelf de apparatuur voor ALD, maar had nog weinig ervaring of expertise op het gebied van plasma. Omdat het bedrijf wel echt een industrieel product wilde maken en niet zelf een plasmabron wilde ontwerpen, ging het op zoek naar een partner die de expertise wel had én de daarvoor benodigde hardware kon leveren. Via via kwamen de Eindhovenaren uit bij AFS in het Duitse Horgau. ‘Hun managing director heeft veel ervaring op het gebied van plasma en zelfs nog hier in Eindhoven gestudeerd’, vertelt Kremers. ‘AFS maakt al heel lang hoogspanningsvoedingen en bronnen die nodig zijn voor het genereren van plasma.’
Daardoor kwam AFS goed beslagen ten ijs en kon het ook goed meedenken, stelt Kremers. ‘Het is fijn als het in een samenwerking niet altijd direct over de kosten gaat. Ze zien de meerwaarde van dit systeem en weten dat er straks veel meer producten kunnen komen, waarvoor we hun hardware nodig hebben.’
Nadeel is echter dat AFS in Duitsland zit, in de buurt van Augsburg in Beieren. ‘Je rijdt niet even naar elkaar toe. Maar we kunnen tegenwoordig heel veel online, en hardware is ook maar een dag onderweg. Zo kunnen we toch snel schakelen.’
Link magazine februari/maart 2024 Thema: De keten op orde op lokaal niveau.
Lees Link magazine digitaal of vraag een exemplaar op bij mireille.vanginkel@linkmagazine.nl
3D-ontwerpvrijheid
Toen eenmaal bleek dat ook met zuurstofplasma een ALD-proces kan worden gemaakt, ontstond een nieuwe uitdaging. ‘De depositiekop was veel kleiner dan de AFS-unit om plasma mee te maken. Dus moesten we dat heel grote apparaat in onze kleine kop verwerken, om te komen tot een product dat bij onze technologie past’, vertelt Kremers.
De oplossing zat in de vormfactor: is wat nu al verkrijgbaar is niet nog kleiner te maken en te combineren met de koptechnologie van SALD? ‘We gebruikten al 3D-printers om onze normale gasnozzles te maken. Daarmee hebben we een heel mooie ontwerpvrijheid. Die zijn we gaan gebruiken, in combinatie met de keramische onderdelen die erin moeten.’ Op die manier werd het wel mogelijk om de benodigde apparatuur klein genoeg te maken. ‘We hebben nu zelfs ideeën om het nog een factor kleiner te maken.’ Inmiddels is de technologie bij een aantal klanten ingezet. ‘We hebben dit echt vanaf idee naar prototype tot industrieel product uitgewerkt’, vertelt Kremers trots. ‘Dit is nu een nieuw onderdeel van ons portfolio.’
Hoewel de nieuwe technologie meer toepassingen mogelijk maakt, hangt het uiteindelijk van de klanten af waarvoor deze precies gaat worden gebruikt. ‘Zuurstofplasma maken is duurder dan waterdamp genereren’, legt Kremers uit. Wat SALD betreft, wordt dus nog altijd eerst gekeken of de traditionele oplossing past, in plaats van de nieuwe optie met plasma.
Toch ziet Kremers wel toepassingen, met name voor de verpakkingsindustrie. ‘Hiermee kun je ook lagen van 30 nanometer op plastic, papier of andere verpakkingsmaterialen aanbrengen om versverpakkingen te maken. Daar zijn we nu druk mee bezig en daar is heel veel interesse voor. Als dat lukt, gaat die markt wel een grote vlucht nemen.’
