Ziel der Entwicklung

Hohe Zuverlässigkeiten und absolute Genauigkeiten unter extremen Einsatzbedingungen sind grundlegende Voraussetzungen für den Einsatz von miniaturisierten Systemen (MEMS und MOEMS) für Anwendungen in der Medizintechnik, Prozessmesstechnik und der Kommunikationstechnik. Vor allem für Anwendungen im operativen Bereich über 150 °C ist ein großes Industrieinteresse zu verzeichnen, was insbesondere eine Überarbeitung der Einsatzmaterialien und der Aufbau- und Verbindungstechnik mit sich zieht. Diese Fragestellungen sind nicht nur auf ein Sensorsystem bezogen, sondern tangieren nahezu alle Aktivitätsbereiche in der Mikrosystemtechnik bis hin zur Photovoltaik. Die Entwicklung hochtemperaturstabiler Kontaktsysteme für eine breite Anwendung vom MEMS-Bereich bis hin zur Photovoltaik als technologische Plattform erfordert die Überarbeitung der bisherigen Materialsysteme und Fertigungsverfahren, vor allem in Hinblick auf die Langzeitstabilität bei gleichzeitiger Vereinfachung und Kosteneffizienz der Technologien. Das FuEProjekt „HotSil„ reagiert auf den Marktbedarf an hochtemperaturstabilen Kontaktsystemen für Sensorikanwendungen in heißer Umgebung. Wesentliches Ziel des Projektvorhabens ist die Entwicklung einer technologischen Plattform durch Festphasenfügen auf Basis des Silbersinterns zur Erzeugung von hochtemperaturstabilen Siliziumverbindungen für einen Dauerbetrieb über 150 °C. Demonstratoren als Ergebnis des Projektabschlusses sollte zum einen die Entwicklung einer angepasste Fügetechnologie über Silbersinter-Verfahren auf Chip-, Array- und Waferlevel als Ersatz für das Silizium-Direktbonden und für die Drucksensor-Wandlerkernmontage auf Sockel beziehungsweise Schaltungsträger als Ersatz für bisherige Klebetechnologien realisiert werden. Zusätzlich konnten die neu entwickelten Fügetechnologien zur Kontaktierung von Konzentratorsolarzellen angewendet werden. Auch im Bereich der LED-Aufbau- und Verbindungstechnik und in der Realisierung von Rückseitenkontaktierungen von Photodioden führten spezielle Kontaktierungs-verfahren mittels innovativer Sinter-Technologien zu verbesserten Mikrosystemen.

Vorteile und Lösungen

Das zur Vermarktung stehende Ergebnis besteht aus einem effektiven Niedertemperatur-Bondverfahren, sowohl für die Mikro-Makro-Kopplung von Einzelchips und Chip-Arrays der
Mikrosystemtechnik, als auch für die Aufbau- und Verbindungstechnik in der Photovoltaik. Das CiS wird die Projektergebnisse in erster Linie durch die Erweiterung seines Leistungsspektrums selbst verwerten. Im Bereich Mikrosensorik wird es die Fertigungstiefe und somit die Wertschöpfung erhöhen. Die Kompetenz des CiS konnte um ein neues Thema erweitert werden. Dies ist unter anderem die Bearbeitung von bilateralen Entwicklungsprojekten für Kunden. Es werden Ziele, Meilensteine und Arbeitspakete definiert. Die Arbeiten sind meist in größere FuE-Vorhaben beziehungsweise konkrete Produktentwicklungen beim Kunden eingebunden. Diese Projekte für Industriekunden können zum Beispiel folgende Schwerpunkte haben:
- Entwicklung von Prozessschritten, Komponententests
- Entwicklung von kundenspezifischen Tests
- Ableitung kritischer Technologieparameter
- Erstellung spezifischer FMEA-Tools für Kunden
- Technologiettransfer zum Kunden

Zielgruppe und Zielmarkt

Beim ursprünglichen Verwertungsplan, welcher auf der positiven Marktsituation von 2012 im Bereich Sensorik basiert, war eine breite Verwertung vorrangig im Drucksensorbereich vorgesehen. Trotzdem wurde geplant, die Verwertung der Projektergebnisse in verschiedenen Richtungen auszulegen. Das CiS strebte an, die Projektergebnisse im Rahmen von Technologietransfers der Industrie zu offerieren. Dabei wurden schon in der Projektlaufphase die Ergebnisse zum Beispiel Drucksensormontage auf TO-Sockel mittels Sintern in bilateralen Treffen den Industriepartnern vorgestellt. Neben den angestrebten Technologietransfers im Bereich Drucksensorik und den dazu vorbereitenden Marketingsmaßnahmen sind die Projektergebnisse von großer Bedeutung für das CiS, um die CiS-Kompetenz in Richtung neuartige Aufbau- und Verbindungstechnik zu erweitern, dass heißt auch weiterhin zur Verfügung zu stellen und die Brücke zu den bisherigen Kompetenzen des CiS Forschungsinstituts für Mikrosensorik GmbH mit seinen Entwicklungsbereichen MEMS und MOEMS sowie des neuen am CiS-integrierten Fachbereichs Silizium-Photodetektoren zu schlagen. Eine fachliche Begleitung von Produktentwicklungen im Bereich Sensorik zum Beispiel in der Entwicklung einer Hochtemperatursensorik ist dann in noch besserem Maße möglich. Die Projektergebnisse zur Sintertechnologie werden im Rahmen von weiteren Optimierungen und FuE-Themen für Anwendungen über die im Projekt „HotSil„ demonstrierten Anwendungen hinaus weiterentwickelt. Diese werden im Rahmen diverser Projekte weiterentwickelt und hier kurz vorgestellt:
- Ausbau des Mikromontagecenters zur Entwicklung von anwendungsspezifischen UV-LED-Strahlern („UV-MMC„ FKZ: 03ZZ0108, Laufzeit: 01.01.2015-31.12.2019)
- Montage von Hochleistungs-UV-LEDs auf sog. Submounts mit extrem guter Wärmeleitung („PHOS„ im Rahmen der Initiative Advanced UV for Life des BMBF, FZ: 03ZZ0114A, Laufzeit: 01.11.2015-31.03.2019)
- Montage von LED-Arrays auf einem gemeinsamen Submount zur Entwicklung von Multi-Lambda-Strahlern („Multi-Lambda-UV„ im Rahmen der Initiative „Advanced UV for Life„ des BMBF, beantragt, geplanter Start: 01.12.2015)
- Entwicklung eines Wafer-Level-Packages für UV-LEDs auf Basis multifunktionalen Silizium- und Keramiksubmounts („Mount-LED„ im Rahmen der Initiative „Advan-ced UV for Life„ des BMBF, beantragt, geplanter Start: 01.04.2016)
- Aufbau- und Verbindungstechnik von miniaturisierten, siliziumbasierten Dehnungs-messsensoren („SiStGAP„ – MF150091, geplante Laufzeit: 01.01.2016-31.12.2017)
- Entwicklung einer hochtemperaturfähigen NDIR-Gasmesszelle unter Verwendung einer neuartigen System-in-Package-Integration ( „SiPAMIG- 200„ ZIM-Projekt mit Firma Mikrohybrid, FKZ: ZF4001702WMS, Laufzeit: 01.08.2015-31.07.2017)