Erarbeitung einer induktiven Fügetechnologie zum Bonden von mikroelektromechanischen Systemen (MEMS)

Vorhabenbeschreibung:

Ziel des Forschungsvorhabens InduBond ist die Erarbeitung einer Waferbondtechnologie basierend auf selektiver Erwärmung zur Herstellung von mikroelektromechanischen Systemen (MEMS) mit minimalen Prozesszeiten, sowie minimaler Wärme- und Druckbelastung der zu fügenden Bauteile. Um dies zu erreichen und die unerwünschte Erwärmung von Durchkontaktierungen und anderen metallischen Funktionselementen zu vermeiden, werden mehrere physikalische Mechanismen gezielt ausgenutzt: Als Zwischenschicht werden Aluminium-Bondrahmen zum Einsatz kommen. Die Energieeinbringung erfolgt mittels elektromagnetischer Induktion. Dabei wird ein hochfrequenter (HF) elektrischer Strom in den metallischen Rahmen induziert, der diesen mittels Widerstandserwärmung erhitzt. Der „Skin-Effekt“ begrenzt den Stromfluss und damit die Erwärmung auf oberflächennahe Bereiche. Geschlossene metallische Bondrahmen ermöglichen Magnetfeldern die Ausbildung von Wirbel- und Kurzschlussströmen. Dieser Einfluss führt insbesondere zur Erwärmung der Rahmengeometrien. Bei rechtwinkliger Anordnung von metallischer Zwischenschicht und Magnetfeld maximiert sich außerdem die Elektronenmobilität. Funktionselemente mit offenen Querschnitten und abweichender Orientierung werden somit deutlich geringer erwärmt. Im Vorhaben soll ein Technologiedemonstrator in Form einer induktiven Bonderanlage entstehen. Damit sollen mechanisch feste und hermetisch dichte, stoffschlüssige, metallische Fügeverbindungen im Mikrometerbereich auf Waferebene mit Hilfe selektiver Erwärmung hergestellt werden. Entwickler und Fertiger von MEMS sowie Hersteller von Ausrüstung für deren Prozessierung sind häufig KMUs. Vom Vorhaben profitieren Entwickler durch Erkenntnisse in Bezug auf die Fügezonengestaltung. Anlagenhersteller können die Forschungsergebnisse direkt in eine neue Bondanlagengeneration umsetzen und MEMS-Fertiger nutzen das generierte Know-how in Bezug auf die Parameterwahl und Prozessgestaltung.