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Thursday, September 14, 2023, Mailand 9:00 AM Aktuelle Ergebnisse aus der Forschung |
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Optimierte reaktive Bondtechnologie auf der Basis neuartiger Zirkonium-Systeme für den Einsatz in der Mikrosystemtechnik |
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Axel Schumacher / Hahn-Schickard, Deutschland Georg Dietrich / Fraunhofer Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS, Deutschland Erik Pflug/ Fraunhofer Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS, Deutschland Julius Böttcher/ Fraunhofer Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS, Deutschland Indira Käpplinger/ CiS Forschungsinstitut für Mikrosensorik und Photovoltaik GmbH, Deutschland André Grün/ CiS Forschungsinstitut für Mikrosensorik und Photovoltaik GmbH, Deutschland Peter Meyer/ Hahn-Schickard, Deutschland Stephan Knappmann*/ Hahn-Schickard, Deutschland Alfons Dehé/ Hahn-Schickard, Deutschland |
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Ziel des Projekts war die Entwicklung eines effizienten Fügeverfahrens für die Mikrosystemtechnik, sowohl auf Bauteil- als auch auf Waferebene, durch den Einsatz hochenergetischer reaktiver Multischichtsysteme auf der Basis von Zirkonium und Silizium. Bei der Technologie des reaktiven Fügens werden nanoskalare Metallschichtsysteme eingesetzt, welche als alternierende Einzelschichten die eigentliche Energie für den Fügeprozess bereitstellen. Die bisher am meisten untersuchten und genutzten reaktiven Multischichtsysteme (RMS) sind mittelenergetische Systeme auf Ni/Al-Basis. Im Zuge der Erarbeitung neuer Lösungsmöglichkeiten wurde in den letzten Jahren die Entwicklung des neuartigen Zirkonium-Silizium-Systems (Zr/Si) vorangetrieben, welches eine Reihe von entscheidenden Vorteilen für die Mikrosystemtechnik aufweist. Im Gegensatz zu Ni/Al gehört es zu den hochenergetischen Materialsystemen, wodurch sowohl die für das Fügen notwendigen Schichtdicken verringert werden können, als auch Hartlote aufschmelzbar sind. Weiterhin weist das Zr/Si-System eine sehr geringe Reaktionsschwindung auf, wodurch rissfreie Fügeverbindungen hergestellt werden können, die zu hermetisch dichten Verbindungen führen. Im Rahmen des Projekts wurden optimierte RMS auf der Basis von Zr/Si entwickelt und als Folie oder direkt auf einen der Fügepartner abgeschieden bereitgestellt. Zur Vermeidung ungewollter Reaktionen werden zusätzliche Al-Barriereschichten verwendet. Während die Folien mittels Laser strukturiert werden können, gelingt die strukturierte Abscheidung entweder über Schattenmasken oder durch einen Lift-Off-Prozess mit Hilfe dicker Fotoresists. Das RMS-Bondverfahren wird anhand von konkreten Anwendungen auf Bauteil- und Waferlevel demonstriert. Als erstes Beispiel dient die Montage eines CMOS-integrierten Sensorchips auf einem Träger aus Edelstahl zur Messung von Verformungen. Eine weitere Anwendung stellt die Verbindung von Quarz und Silizium auf Waferebene zur Herstellung optischer Bauelemente dar. |