Geometrisch skalierte Spulen für das induktive Transient Liquid Phase (TLP)-Waferbonden in der Mikrosystemtechnik

Vorhabenbeschreibung:

Die Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT) von mikromechanischen und mikroelektronischen Bauteilen stellt einen erheblichen Kostenfaktor bei der Herstellung mikrosystemtechnischer Komponenten dar und ist für eine Vielzahl von Anwendungen in den von KMU geprägten Branchen der Mikroelektronik, Feinmechanik, Optik, Elektrotechnik- und Elektronikindustrie von essentieller Bedeutung. Beim Waferbonden, einem wesentlichen Teil der AVT, werden Wafer mit identisch positionierten Rahmenstrukturen zueinander ausgerichtet und stoffschlüssig gefügt, um die darin befindlichen Mikrosysteme zu verkapseln. Die Rahmenstrukturen dienen dabei als Fügezusatzwerkstoff. Während des Fügeprozesses werden Komponenten wie Wafer, Rahmenstrukturen und Funktionselemente teilweise sehr hohen Temperaturen (? 400 °C) sowie Fügedrücken (? 40 Mpa) ausgesetzt. Dieser Umstand sowie die oft zeitintensiven Aufheiz- und Abkühlphasen können zur Schädigung der empfindlichen Sensoren führen. Es besteht daher ein Bedarf an angepassten Niedertemperaturfügetechnologien wie dem Transient Liquid Phase Bonden (TLP bonding). Mit diesem Verfahren kann bei Fügetemperaturen von ? 300 °C gebondet werden. Industrielle TLP-Waferbondprozesse erwärmen den gesamten Substratstapel jedoch global über einen längeren Zeitraum. Durch die induktive Unterstützung des Verfahrens kann ein selektiver Energie- und Wärmeeintrag direkt im Fügezusatzwerkstoff generiert werden, sodass die thermische Belastung der Mikrosysteme während des Fügeprozesses sowie die Fügezeit minimiert wird. Für eine solche Lösung müssen die Spulengeometrie durch geometrische Skalierung an die Rahmenstrukturen angepasst und unter Verwendung mikrotechnologischer Verfahren miniaturisiert werden. Insbesondere für Kleinserien und Spezialprodukte, wie sie bei KMU typisch sind, ist der geringe Aufwand bzw. die niedrige Komplexität des zu entwickelnden induktiven Prozesses bzw. die hohe Kompatibilität des Erwärmungsmoduls mit bestehenden Prozessen bedeutsam.