Durch Niedertemperatur-Silizium-Direkt-Bonden gefügtes Sensorelement
Das Niedertemperatur-Silizium-Direkt-Bonden hat in den letzten Jahren deutlich an Bedeutung gewonnen. Es eröffnet neben den Möglichkeiten der vertikalen Integration neue prozesstechnische Möglichkeiten durch die Anwendung des Waferlevel Packaging als Postprozess in der Sensorfertigung.
Plasmaaktivierungen lassen durch die erreichbaren niedrigen Prozesstemperaturen die Fertigung hochstabiler, mehrlagiger Mikrosysteme zu.
Die Fertigung dieser Systeme unterlag bisher deutlichen Einschränkungen, da die notwendigen Festigkeiten nur mittels hoher Prozesstemperaturen erreichbar waren. Bei Temperaturen von 700°C und mehr durften sensitive Polymere und Metallisierungssysteme deshalb erst nach dem Bondprozess aufgebracht und strukturiert werden.
Dem CiS Forschungsinstitut ist es gelungen, mittels einem plasmagestützten Aktivierungsverfahren die Glühtemperatur auf 325°C zu senk en und dabei für die Fügefläche eine Festigkeit zu erzielen, die nahe der des Grundwerkstoffes liegt. Durch die Aktivierung werden selbst bei einer Glühtemperatur von 120°C noch Festigkeiten erreicht, die für viele Anwendungen ausreichen. Besonders vorteilhaft ist dieses Niedrigtemperatur-Verfahren dann, wenn Fügepartner Strukturen aus Polymeren, wie z.B. Polyimid, Hydrogel oder SU8 enthalten.
Weitere Vorteile sind die kürzeren Prozesszeiten im Vergleich zur Einzelaktivierung und zum anodischen Bonden mit Borosilikatglas sowie die exakte Materialanpassung. Bewertet und evaluiert wurden die Ergebnisse unter anderem durch mechanische Bruchtests und physikalische Analysetechnologien wie TEM-Abbildungen (Transmissionselektronenmikroskopie), photoelastische Spannungsmessungen, IR-Transmissionsaufnahmen (Infrarot) und Ultraschallmikroskopie.
Des Weiteren steht ein Spektrum analytischer Technologien zur Verbesserung von Performance, Stabilität und Bauform von MEMS-Chips mit Schwerpunkt auf Homogenität und Defektarmut der Oberfläche in Vorbereitung des Siliziumdirektbondens zur Verfügung.
Bitte besuchen Sie uns auf der Messe SENSOR+TEST 2012,
MNT-Thüringer Gemeinschaftsstand Halle 12, Stand 226
TEM-Abbildungen von Bondgrenzflächen (Erstellt durch Fraunhofer Institut für Werkstoffmechatronik im Auftrag des CIS)
