Ziel der Entwicklung

Im medizinischen Bereich sind Implantate für Druck- und Strömungsmessungen interessant. Die Messungen erfolgen im Blut und anderen Körperflüssigkeiten wie in Hirn- und Rückenmarksflüssigkeit. Hier wird versucht, nach einem Trauma Hirnschädigungen zu vermeiden, indem schon das Entstehen eines erhöhten Hirndrucks verhindert wird.
Blut ist ein sehr aggressives Medium, das Oberflächen korrodieren lässt und damit die Langzeitstabilität beeinträchtigt beziehungsweise verkürzt.
Als Fazit ergibt sich ein dringender Bedarf an Lösungen im Bereich der Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT) hin zu Beschichtungs-, Häusungs- und Umhüllungsverfahren, die eine Medienresistenz in aggressiven Lösungen wie Blut ermöglichen. Daher wurden siliziumbasierte Drucksensoren mit Platin mittels unterschiedlicher Technologien beschichtet. Absolutdrucksensoren sind zum permanenten Verbleib im Blutkreislauf bestimmt und wandeln Drücke in elektrische Signale um. Platin weist unter diesen Bedingungen eine höhere chemische Beständigkeit als Gold auf und ist deshalb für derartige Anwendungen prädestiniert. Daher bestand ein weiteres Ziel darin, sensorische Strukturen durch Platin abzudecken, um eine dichte Schutzschicht vor aggressiven Einflüssen zu schaffen.
Eine weitere wichtige Motivation stellte die maximale Anwendungstemperatur dar. Diese wird bei Sensoren oft durch die elektrischen Kontaktmaterialien begrenzt. Durch veränderte Kontaktsysteme kann eine höhere Temperaturbeständigkeit erreicht werden. Angestrebt wurde eine volle Funktionsfähigkeit bis 300 Grad Celsius.
Ziel dieses Vorlaufforschungsprojekts war es, eine breite Palette von Möglichkeiten zur Kontaktierung und Umhüllung von MEMS-Sensoren und Mikrosystemen mit Platinbeschichtungen zu evaluieren, die sowohl das elektrische Kontaktsystem als auch die zu schützenden Oberflächen beinhalten.

Vorteile und Lösungen

Ein Lösungsansatz zur Verbesserungen der Medien- und Temperaturbeständigkeit bestand darin, ein Kontaktsystem auf Platin-Basis zu etablieren. Dieses sollte als Flip-Chip-Kontaktierung ausgeführt werden, das einen Drucksensor mit einer Keramikleiterkarte mit Platinleitbahnen verbindet. Vorzugsweise sollte Platin als Einstoffsystem appliziert werden.
Durch diese Materialauswahl kann das Kontaktsystem auch im Falle seines Versagens oder einer Beschädigung der elektrischen Isolierung dem aggressiven Angriff des Mediums (zum Beispiel Blut) widerstehen.Die Funktionsfähigkeit des Sensors bleibt über lange Zeit erhalten. Auch während der Anwendung führt ein solches Kontaktsystem zu einem verringerten Eintrag toxischer Metalle in den Organismus bzw. ins Medium, in dem der Sensor angewandt wird.
Ein weiterer Teil des Lösungsansatzes betraf den Schutz der Oberfläche. Dabei wurden Verkapselungen auf Platinbasis erzeugt. Kosteneffiziente Lösungsansätze bieten das Siebdruckverfahren mit Pasten als auch elektrochemische Platinierungsverfahren. Durch die geringe Temperaturbeanspruchung der Teile bei elektrochemischen Platinierungen sind damit auch Verkapselungen im Backend möglich.

Zielgruppe und Zielmarkt

Zielmärkte bestehen vor allem in der Medizintechnik, der Prozessmesstechnik und den Wasserstofftechnologien.
Im Bereich der Biosensoren und der implantierbaren Sensoren aber auch der Zahntechnik profitieren die Anwender von Platinoberflächen als Schutzschichten beziehungsweise Häusungen. Sie sind im Gegensatz zu Silber kompatibel zu Zellkulturen und Bioanalyten. Bei implantierbaren Drucksensoren resultiert eine verringerte Drift unter Beibehaltung einer geringen Baugröße.
In der Prozessmesstechnik profitieren Anwender von zuverlässigen Drucksensoren, die aufgrund erhöhter Beständigkeit unter harschen Bedingungen messen und zudem näher an Wärmequellen platziert werden können. Darüber hinaus sind Heizerstrukturen in miniaturisierten IR-Sensoren in der Prozessmesstechnik anwendbar.
Besonders bei der Erzeugung von Wasserstoff als Energieträger werden Elektrolyseure und –Brennstoffzellen genutzt, die mit Polymermembranen (PEM) arbeiten und sehr empfindlich auf metallische Verunreinigungen im System reagieren. Diese Systeme profitieren von Platinverkapselungen, da sie keine schädigenden Wirkungen auf den Katalysator ausüben. Metallteile, die im Betrieb schädliche Komponenten enthalten, können mit einer dichten Platinlage in der Freisetzung dieser Stoffe gehemmt werden.
Mit dem zumindest anfänglich herausragenden Alleinstellungsmerkmal ist im jeweiligen Einsatz ein entsprechend großer Marktanteil zu erwarten. Dies betrifft alle Applikationsmöglichkeiten, bei denen neben der mechanischen Festigkeit bei hoher Temperatur vor allem ausgezeichnete Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit oder die katalytische Wirkung unabdingbar sind.
Wirtschaftliche Effekte entstehen durch die Schaffung von technologischen Plattformen, die Kombination von verschiedenen ergänzenden Mikrotechnologien, eine große Flexibilität bezüglich der Systemgestaltung (besonders des Funktionsumfangs) und die Bereitstellung einer Entwicklungsplattform (Design-Rules), die es ermöglichen, kundenspezifische Lösungen zu entwickeln.