Ziel der Entwicklung

Standardgemäß werden Drucksensoren mit einem Gegenkörper bzw. dem Sensorchip und der Trägerplatine aufgebaut. Für einen rückwirkungsfreien Direktaufbau sind Aufbauvarianten ohne Gegenkörper notwendig, welche die allgemeine Performance und Funktionalität des jeweiligen Drucksensors beibehalten oder verbessern. Es wurden Verbindungstechnologien für piezoresistive Drucksensorchips ohne Gegenkörper entwickelt, die:
• eine mechanische als auch eine selektive elektrische Verbindung gewährleisten
• elektrische Kontakte vom Sensorchip aus dem Medienraum herausführen, ohne dass es zu einem Kontakt von Medium und Leiterbahn kommt
• eine hermetisch gegenüber dem Messmedium abgedichtete elektrische Verbindungstechnik sicherstellen
• eine Vereinfachung des Gesamtaufbaus darstellt und somit eine Kostenminimierung bewirken.

Vorteile und Lösungen

Erfolgreich wurde ein vereinfachter und kostengünstiger rückwirkungsfreier Direktaufbau anhand hochpräziser Drucksensoren realisiert. Die durch den Fügeprozess auftretenden Einflüsse (wie Stabilität, Dehnung, Drift, Temperatur) wurden über die Trägerplatine, Verbindungstechnologien sowie deren Materialien kompensiert. Die Komponenten sind aufeinander abgestimmt. Am Beispiel von Absolutdrucksensoren wurde die angepasste Technologie mit einer wesentlich verbesserten chemischen und mechanischen Stabilität realisiert.
Die Herausforderung lag in der rückwirkungsfreien Verbindung von einkristallinem Silizium (Absolutdrucksensorchips) mit geeigneten Trägern. Das Thermosonic-Flip-Chip-Bonding wurde an speziellen Absolutdrucksensorchips (1x1 Quadratmillimeter) in Kombination mit Aluminiumoxid-Keramikträgern charakterisiert und evaluiert. Dabei wurde auch die Funktionalität und Stabilität der rückwirkungsfreien Aufbauvariante auf Aluminiumoxid-Keramik nachgewiesen. Die parasitären Einflüsse auf die Absolutdrucksensoren durch das spezielle realisierte Design und die gewählte Aufbau- und Verbindungstechnik wurden erfolgreich minimiert.
Die Projektergebnisse aus den vorgenommenen Untersuchungen weisen eindeutig nach, dass das Thermosonic-Flip-Chip-Verfahren in Verbindung mit dem Al-Pt-Kontaktsystem zum rückwirkungsfreien Aufbau der Absolutdrucksensoren geeignet ist.
Als verwertbare Ergebnisse stehen:
• eine vereinfachte und kostengünstige Aufbauplattform für Drucksensorchips ohne Gegenkörper mit großer Flexibilität bezüglich Systemgestaltung,
• Prototypen von Absolutdrucksensoren mit vergleichbarer beziehungsweise verbesserter Temperatur-, Druckabhängigkeit sowie Langzeitstabilität,
• weiterführendes Know-how zur Back-End-Passivierung mittels ALD-Prozess, beispielsweise zur Realisierung von biokompatiblen Schutzschichten,
• weiterführendes Know-how zum Silber-Sinterprozess als Verbindungstechnologie,
• weiterführendes Know-how zum Thermosonic-Flip-Chip Bonden als Verbindungstechnologie,
• ein umfangreicher Messplatz zur rechnerunterstützten kontinuierlichen Durchführung von Messroutinen (Druck, Temperatur) für Charakterisierungs- und Kalibrierdienstleistungen zur Verfügung.

Zielgruppe und Zielmarkt

Für die entwickelte Verbindungstechnologie kommt als Markt nur die industrielle oder FuE-Anwendung in Betracht.
Die generellen Trends in diesen Bereichen wie ein zunehmender Grad an Miniaturisierung sowie Automatisierung und eine erhöhte Langzeitstabilität/-zuverlässigkeit erfordern genau die Innovationspotenziale, die durch die Projektergebnisse realisiert wurden.
Die Endkundenmärkte liegen im Bereich der Drucksensorik (Messtechnik: Absolutdruck, Relativdruck), der invasiven Medizintechnik sowie der Automobil-/ Nutzfahrzeugtechnik.
Hersteller von Messsystemen und Dienstleister im Inspektionsbereich bedienen diese Branchen. Je nach Kundenwunsch können Komponenten vom CiS gefertigt werden.
Die entwickelten Prototypen und das Know-how zum Thermosonic-Flip-Chip-Verfahren dienen zur Beantragung sowie Bearbeitung weiterer F&E-Projekte. Das erworbene Wissen erweitert das Leistungsspektrum und bewirkt weitere bilaterale Entwicklungsarbeiten mit der Industrie zu akquirieren.
Bereits während der Projektbearbeitung zeigte ein Unternehmen großes Interesse an einer Zusammenarbeit für eine geeignete Produktentwicklung im Rahmen eines insitu - Drucksensormesssystems als invasiver Blutdrucksensor. In weiteren gemeinsam geplanten Arbeiten fließen die Ergebnisse dieses Projektes mit ein und werden zur Entwicklung neuer Produkte und Verfahren genutzt.