Die standardisierten Fügeverfahren der Halbleiterindustrie basieren vorwiegend auf Silikonen und Epoxidklebstoffen und bringen zahlreiche Einschränkungen wie Materialverspannungen sowie das Fehlen von Druck-, Temperatur-, Medien- und Feuchtestabilität mit sich. Für die Herstellung hochgenauer und langzeitstabiler piezoresistiver Drucksensoren sind diese Eigenschaften jedoch existenziell.
Um die Performance von piezoresistiven Drucksensoren zu verbessern, wurden im abgeschlossenen Forschungsprojekt EFAH verschiedene Fügetechnologien entwickelt, die besonders die kritischen Verbindungen zwischen Wandlerkern und elektrisch-mechanischem Prozessanschluss betrachten. Ziel war es, die Signalstabilität gegenüber mechanischen und thermischen Einflüssen sowie Feuchtigkeit nicht nur auf Wandlerkernebene sondern auch im Gesamtsystem (Druckmessumformer) sicherzustellen.
Auf Basis umfangreicher FEM-Simulationen bezüglich Materialkombination und Bauteilgeometrie wurden drei verschiedene Fügetechnologien – Eutektisches Bonden, Glasfritte-Bonden, Lotfügung unter Nutzung von Reaktiv- und Diffusionsmaterialien – untersucht. Hierbei zeigten Glaslote deutliche Vorteile. Parallel dazu wurde der Prozessanschluss optimiert, um beispielsweise Montagespannungen zu minimieren, das Messelement von Quereinflüssen zu entkoppeln und eine effiziente Montage nachzuweisen.
Die beschriebenen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten wurden im Forschungsprojekt „Entwicklung innovativer Fügetechnologien zum Aufbau hochstabiler Druckmessumformer“ (EFAH) durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert.
FKZ: 49MF200074
