Ziel der Entwicklung
Bei Pixeldetektoren werden immer kleiner werdende Dimensionen für die Pixel angestrebt, um ähnlich wie bei anderen Kameras auch höhere Ortsauflösungen zu erreichen. Dem steht aber die Verbindungstechnik dieser Pixel im Weg, die sich von anderen Kameras prinzipiell unterscheidet. Da jedes einzelne Pixel über einen Bumpbond mit dem Ausleseelektronikchip verbunden ist, müssen diese Bumbponds kleiner sein als die Pixelfläche. Daher wurden neue Bondverfahren, die eine Minimierung der Bondfläche ermöglichen, evaluiert.
Vorteile und Lösungen
Die Miniaturisierung der Lötkontakte bei Pixeldetektoren wurde durch preiswerte maskenlose Metallisierungsverfahren vervollständigt.
Mit Erfolg konnte dafür die lichtinduzierte Galvanik eingesetzt werden. Auf n-Typ dotiertem Silizium wurden Ni-Cu-Sn-Schichten abgeschieden, die der UBM-Metallisierung dienen können.
Mit einem zweiten Verfahren wurde die außenstromlose Abscheidung von Ni/Au-Schichten realisiert.
Für das Bump-Setzen wurde eine chemische Nickel-Gold-Abscheidung entwickelt.
Außerdem erfolgte eine Erweiterung über die Underbumpmetallisierung (UBM) hinaus, hin zu einem Komplettsystem mit Lotschicht (chemisch Zinn auf Nickel-UBM). Die Lötfähigkeit wurde anhand von Flip-Chip-Aufbauten nachgewiesen. Das gewünschte Schichtsystem Ni/Sn konnte mit ausreichend hoher Zinnkappe (8 µm) erzeugt werden.
Der Transferdruck hat sich in den letzten Jahren vor allem im Bereich der Applikationen von Metallisierungslayouts auf großflächigen Solarzellen etabliert. Dabei wird glasfrittenhaltige Silberdickschichtpaste über einen polymerbasierten Träger auf das Zieltarget transferiert.
Danach erfolgt ein Sinterschritt, bei dem sich die Glasfritte durch die Solarzellpassivierung frisst und den Emitter unter Bildung eines ohmschen Kontaktes ankontaktiert. Je nach Lotpaste und Transferwaferlayout konnten extrem kleine und homogene Lotkugeln im Bereich von 15 µm erzeugt werden.
Ein Teil dieser Erfolge konnte (insbesondere bei der Lichtgalvanik) durch einen Übertrag und Anpassung von Technologien, die für die Photovoltaik optimiert wurden, erreicht werden.
Zielgruppe und Zielmarkt
Die Zielgruppe besteht zum einen in den Instituten, welche Strahlungssensoren und -detektoren für die Hochenergiephysik-Experimente in den Großforschungseinrichtungen herstellen. Zum anderen bestehen sie in den nicht durch den Konsumentenmarkt beherrschten Pixelsensoren und -detektoren, die insbesondere in der Medizintechnik eingesetzt werden. Der Transfer erfolgte über Beiträge und Präsentationen in den einschlägigen Foren der Hochenerigephysik. Darüber hinaus wurden Testmodule, also fertig aufgebaute Pixelsensor-Ausleseeinheiten für Zuverlässigkeitstest an eine Großforschungsanlage gesendet.
