Günter-Köhler-Institut für Fügetechnik und Werkstoffprüfung GmbH – ifw


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Geförderte Projekte: 15


EUBOND-Eutektisches Bonden von Drucksensoren auf Waferebene


Goldbeschichteter Drucksensorwafer
Goldbeschichteter Drucksensorwafer

Projektidee

Das Ziel des Projektvorhabens bestand in der Entwicklung einer Technologie zum spannungsarmen Mikrofügen von strukturierten Siliziumsubstraten auf Waferebene mittels Eutektischem Legieren. Zielvorgabe waren minimale Eigenspannungen in der Fügezone, womit Anwendungsgebiete mit sehr hohen Anforderungen an die Stressminimierung erschlossen werden sollen. Hierzu gehören zum Beispiel Drucksensoren höchster Genauigkeit, aber auch andere Produkte der Messtechnik, Mikrosensorik und Mikrosystemtechnik, bei welchen ein vorhandener mechanischer Stress zu nicht mehr vertretbaren Messfehlern bzw. anderen Qualitätseinbußen führt.

Das Eutektische Legieren ist als serientaugliches Fügeverfahren zur Herstellung hochgenauer Drucksensoren auf Chipebene grundsätzlich etabliert. Von Vorteil gegenüber anderen Fügeverfahren ist hierbei, dass wegen der Materialgleichheit eine optimale Anpassung der Ausdehnungskoeffizienten gegeben ist und vorhandene minimale Unterschiede durch die duktile Goldschicht kompensiert werden können. Auf Waferebene kommt es hingegen durch die unterschiedlichen Temperaturkoeffizienten von Gold und Silizium aufgrund der größeren Fügeflächen zu vergleichsweise großen mechanischen Spannungen in der Fügezone. Diese führen zum Beispiel bei der Anwendung Drucksensor zu einem signifikanten Offset der Sensorkennlinie, welcher für Präzisionsgeräte nicht zu vertreten ist.

Kundennutzen

Das Fügen auf Waferebene stellt gegenüber dem Fügen auf Chipebene einen Batch-Prozess dar, der durch deutliche Aufwandseinsparungen gekennzeichnet ist. Gleichzeitig weisen die Fügestellen der Waferverbünde gleiche oder sogar verbesserte Eigenschaften gegenüber den im Einzelchipverfahren hergestellten Baugruppen auf. Ein Kundennutzen ergibt sich überall dort, wo im Herstellungsprozess von Komponenten der Mikrosystemtechnik und Mikrosensorik ein minimaler Stresseintrag gefordert wird.

Ausblick

Im Ergebnis des Projektes konnte gezeigt werden, dass sich durch ein geeignetes Layout der Fügestelle und durch einen optimierten Prozessablauf die Spannungen beim Eutektischen Legieren auf Waferebene gegenüber den bekannten Prozessabläufen deutlich reduzieren lassen. Das Verfahren soll nach Projektende im Rahmen von weiteren Anlagenoptimierungen, Testserien und Pilotfertigungen zur Serienreife geführt werden.

Stand: 22.01.2013
Projektdaten aktualisiert: 01.12.2012

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